在地球引力的作用下，大量氣體聚集在地球周圍，形成數千公裏的大氣層。氣體密度隨著離地面高度的增加越來越稀薄。探空火箭仍然在3000公裏的高空發現了稀薄的大氣層。有人認為大氣層的上邊界可能延伸到地面以上約6400公裏。據科學家估計，大氣質量約為600萬億噸，幾乎占地球總質量的百萬分之壹，包括:氮氣78%，氧氣21%，氬氣0.93%，二氧化碳0.03%，氖氣0.0018%，此外還有水蒸氣和塵埃。
根據每層大氣的不同特征(如溫度、成分和電離度等。)，從地面分為對流層、平流層、中間層、熱層(電離層)和外層大氣。
接近地球表面的壹層大氣，空氣的運動是以上升氣流和下降氣流為主的對流運動，稱為“對流層”。其厚度不壹，地球兩極以上8km，赤道以上17km的厚度，是大氣中密度最大的壹層。大氣中幾乎所有的水汽都集中在這裏，這是壹個展示變化情況的“大舞臺”:風、雨、降雪等天氣現象都發生在對流層。
對流層以上，壹直到海拔50公裏的層，氣流以水平運動為主，對流現象減弱。這種大氣被稱為平流層，也稱為平流層。這裏基本沒有濕氣，晴朗無雲，天氣變化不大，適合飛機航行。在20 ~ 30公裏的高空，氧分子在紫外線的作用下形成臭氧層，作為屏障保護地球上的生物免受來自太陽的高能粒子的攻擊。
平流層以上，距地球表面85公裏，稱為“中間層”，也稱“逃逸層”。中間層之上，距離地球表面500公裏，被稱為“熱層”。在這兩層樓裏，經常會出現很多有趣的天文現象，比如極光、流星等。人類還利用熱層實現短波無線電通信，使遠離海洋的人們可以相互通信，因為熱層中的大氣受到太陽輻射的加熱，大量氣體分子或原子被電離，復合的機會很小，形成電離層，可以導電，反射短波無線電。
熱層頂部上方是外層大氣，從地球表面延伸到1000公裏。這裏的溫度很高，達到幾千度；大氣層極其稀薄，密度是海平面的十億分之壹。