大气层分为五层，对流层、平流层、中层、热层和逸散层。
1、对流层
从地表到8至15公里高度范围内称为对流层。对流层的厚度随地区和季节不同而有所不同，在赤道附近约为15公里，在高纬度和中纬度地区为8～12公里，对一定地区而言暖季大于冷季。对流层集中了整个大气3/4的质量。
2、平流层
从对流层顶至55公里高度范围内称为平流层。对地球生命至关重要的臭氧层就包括在平流层内，臭氧量从对流层顶开始增加，至22～25公里处达到极大值，然后减少，到平流层顶就微乎其微了。
3、中层
平流层顶至85公里范围内称为中层，也称中间层。由于中层内没有臭氧这一类可直接吸收太阳辐射能量的组分，因此温度随高度增加而迅速降低，中间层顶部温度可低于-83℃，这种温度下高上低的特点，使得中层的空气再次出现强烈的垂直对流运动。
4、热层
中层顶至800公里范围内称为暖层，也称电离层。这一层空气密度很小，气体在宇宙射线作用下处于电离状态。由于电离后的氧能强烈地吸收太阳的短波辐射，使空气迅速升温，气温分布是随高度增加而增加，其顶部可达480℃至1230℃。电离层能将电磁波反射回地球，对全球的无线电通讯具有重大意义。
5、逸散层
暖层顶以上的大气统称为逸散层，也称外层。该层大气极为稀薄，气温高，分子运动速度快，有的高速运动的粒子能克服地球引力的作用而逃逸到太空中去，所以称为逸散层。