大气层的厚度大约在1000公里以上，但没有明显的边界。整个大气随着高度的不同表现出不同的特点。可以分为对流层、平流层、中间层、暖层、逃逸层，然后就是星际空室。
在对流层大气的最低层，靠近地球表面，其厚度约为10至20公里。对流层的大气受地球的影响很大。云、雾、雨等现象都发生在这一层，几乎所有的水汽都存在于这一层。这一层的温度随着海拔的升高而降低，每升高1000米，温度下降5 ~ 6℃。动植物的生存和人类的大部分活动也在这一层。因为该层空气体对流明显，所以称之为对流层。
对流层上部是平流层，距地球表面约20至50公里。平流层的空气体相对稳定，大气流动顺畅，故称平流层。平流层的水汽和尘埃很少，30公里以下是平流层，温度在-55℃左右。
平流层上部是中间层，距离地球表面大约50到85公里。在这里空气体已经很稀薄了，突出的特点是随着海拔的升高温度迅速降低，而且空气体的垂直对流强烈。
中上层是暖层，距离地球表面大约100到800公里。暖层最突出的特点是当太阳照射时，太阳中的紫外线被层中的氧原子吸收，所以温度上升，所以称为暖层。
逃逸层在暖层之上，由带电粒子组成。
距离地面500多公里的地方叫外大气层，也叫磁层。它是大气层的最外层，是大气层向星际空间空过渡的区域。外面没有明显的界限。通常在地磁极附近上限较低，近磁赤道空在面向太阳的一侧，大约是地球高的9 ~ 10个半径，换句话说，大约6.5万公里高。这里空气体极其稀薄。
此外，还有两个特殊的层，即臭氧层和电离层。臭氧层离地面20到30公里，实际上在对流层和平流层之间。这一层主要是太阳光的紫外线对氧分子进行光化学作用，使氧分子变成臭氧而形成的。从地面以上50公里左右到1000公里左右的高度，这一层叫做电离层。美丽的极光出现在电离层。它是高空时电离层中的气体，被太阳光的紫外线照射，电离成带电的正离子和负离子以及部分自由电子。电离层对电磁波的影响很大。我们可以利用电磁短波可以被电离层反射回地面的特性，实现电磁波的远距离通信。
