大气层分为多个层次，从地球表面开始依次是：
1. 对流层：平均厚度约12公里，位于最底层，对流和湍流显著，是天气现象的主导区域。在低、中、高纬度地区，其高度有所不同，从8至17公里不等。对流层温度随高度增加而降低，底部受地面长波辐射加热。
2. 平流层：从对流层顶部开始，高度在低纬约为17至18公里，中纬10至12公里，高纬8至9公里，有时在高纬地区有2公里厚的行星边界层。此层温度通常随高度增加而递增，对流减弱，适合飞机飞行。
3. 中间层：位于平流层之上，从50公里到85公里，因臭氧含量低，太阳辐射影响强烈，温度垂直递减率大。
4. 热层：从中间层以上到500公里，温度极高，空气稀薄，是天文现象如极光、流星等发生的区域。
5. 电离层：在50至1000公里高度，对无线电波有重要影响，是部分电离的大气区域，包括E层、F层和D层，其中D层只在白天出现。
6. 外大气层，或称散逸层，位于热层之上，高度可达1000公里，温度极高且极稀薄，是大气向星际空间过渡的区域。
大气层(atmosphere)又叫大气圈，地球就被这一层很厚的大气层包围着。大气层的成分主要有氮气，占78．1%；氧气占20．9%；氩气占0．93%；还有少量的二氧化碳、稀有气体（氦气、氖气、氩气、氪气、氙气、氡气）和水蒸气。大气层的空气密度随高度而减小，越高空气越稀薄。大气层的厚度大约在1000千米以上，但没有明显的界限。整个大气层随高度不同表现出不同的特点，分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，再上面就是星际空间了。