大气层又叫大气圈，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、氧气、氩气，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，可分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。
大气层的结构
大气层的结构是指包围在地球表面并随地球旋转的空气层。它不仅是维持生物生命所必需的物质，而且参与地球表面的各种循环过程等，如水循环、化学和物理风化、陆地上和海洋中的光合作用及腐败作用等。
大气层的结构地表大气平均压力为1个大气压，相当于每平方厘米地球表面包围1034克空气。地球总表面积为5.1×108平方千米，所以大气总质量约为5.2×1015吨，相当于地球质量的10-6倍。大气随高度的增加而逐渐稀薄，50%的质量集中在30千米以下的范围内。高度100千米以上，空气的质量仅是整个大气圈质量的百万分之一。按气温垂直分布对大气分层（热分层），可以分为以下5层：
1.对流层
对流层是大气的最低层，其厚度随纬度和季节而变化。在赤道附近为16~18千米；在中纬度地区为10~12千米，两极附近为8~9千米。夏季较厚，冬季较薄。这一层的显著特点：一是气温随高度升高而递减，大约每上升100米，温度降低0.6℃。内于贴近地面的空气受地面发射出来的热量的影响而膨胀上升，上面冷空气下降，故在垂直方向上形成强烈的对流，对流层也正是因此而得名；二是密度大，大气总质量的3／4以上集中在此层。在对流层中，因受地表的影响不同，又可分为两层。在1~2千米以下，受地表的机械、热力作用强烈，通称摩擦层，或边界层，亦称低层大气，排入大气的污染物绝大部分活动在此层。在1~2千米以上，受地表影响变小，称为自由大气层，主要天气过程如雨、雪、雹的形成均出现在此层。对流层和人类的关系最密切。
2.平流层
从对流层顶到约50千米的大气层为平流层。在平流层下层，即30~35千米以下，温度随高度降低变化较小，气温趋于稳定，所以又称同温层。在30~35千米以上，温度随高度升高而升高。
平流层的特点：一是空气没有对流运动，平流运动占显著优势；二是空气比下层稀薄得多，水汽、尘埃的含量甚微，很少出现天气现象；三是在高15~35千米范围内，有厚约20千米的一层臭氧层，因臭氧具有吸收太阳光短波紫外线的能力，故使平流层的温度升高。
3.中间层
从平流层顶到80千米高度称为中间层。这一层空气更为稀薄，温度随高度增加而降低。
4.热层
80~500千米称为热层。这一层温度随高度增加而迅速增加，层内温度很高，昼夜变化很大，热层下部尚有少量的水分存在，因此偶尔会出现银白并微带青色的夜光云。
5.散逸层
热层以上的大气层称为散逸层。这层空气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，大部分分子发生电离，使质子的含量大大超过中性氢原子的含量。散逸层空气极为稀薄，其密度几乎与太空密度相同，故又常称为外大气层。由于空气受地心引力极小，气体及微粒可以从这层飞出地球引力场进入太空。散逸层是地球大气的最外层，该层的上界在哪里还没有一致的看法。实际上，地球大气与星际空间并没有截然的界限。散逸层的温度随高度增加而略有增加。
大气层的压力
气压是单位面积上受到周围气体垂直加诸于其上的力量，其取决于行星的重力和在地区上组合的空气柱的总质量。根据国际认可的标准大气气压单位定义是101325帕。
大气压力因为在一个地点之上的气体质量会随着高度减少而降低，气压随高度下降的因素为数学上的e（无理数，其近似质为2.71828），称为高度标度，并以H来表示。对一个温度均匀一致的大气层，高度标度与温度成正比，并且与行星的重力加速度乘以干燥空气的分子质量成反比。像这种模式的大气层，随着高度的增加，压力呈指数下降。但是，大气层的温度是不均匀的，所以要精确的测量某一特定高度的压力是很复杂的。
大气层的表面重力，是维系大气层的力量，在不同行星中是极不相同的。例如，巨大的行星木星有着非常大的重力，能够保留住在较低的重力下会逃逸的氢和氦这种轻的气体。另外，行星与太阳的距离，确定可以用来加热大气的能量，能否加热气体，使分子的热运动超出行星的逃逸速度——气体分子克服行星重力掌握所需的速度。因此，遥远和寒冷的泰坦和冥王星尽管重力相对较低，但仍能保有它们的大气层。理论上，星际行星也许能保有厚实的大气层。
因为气体在任何的特定温度下都有大范围的分子移动速度，所以总是会有一些气体缓慢的渗漏至太空中。具有相同动能的气体，轻的气体运动的速度比重的气体快，因此分子量较低的气体流失的速度，比那些分子量较重的气体更快。这被认为是金星和火星会失去它们的水的原因，因为当它们的水受到来自太阳的紫外线光解成为氢和氧之后，会逃逸而去。地球的磁场协助阻挡了会使氢加速逃逸的太阳风，然而，在过去的30亿年，地球也许经由在极区的极光活动，损失了包括氧在内的2%大气层。
其他也会造成大气损耗的机制是太阳风，包括飞溅、撞击侵蚀、天气等。知识点臭氧层臭氧层，是指大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分，其主要作用是吸收短波紫外线。大气层的臭氧主要以紫外线打击双原子的氧气，把它分为两个原子，然后每个原子和没有分裂的氧合并成臭氧。臭氧分子不稳定，紫外线照射之后又分为氧气分子和氧原子，形成一个继续的过程臭氧氧气循环，如此产生臭氧层。自然界中的臭氧层大多分布在离地20～50千米的高空。