气象科学上根据大气在不同高度上的物理性质和化学组成，一般把大气层分为五层，对流层、平流层、中层、暖层和逸散层。
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。
对流层的气温随高度增加而降低，高度每增加100米，气温下降0.65℃，低纬度地区对流层顶的气温约-83℃，高纬度地区对流层顶的气温约-53℃。由于近地层的空气接受地面的热辐射后温度升高与高空冷空气发生垂直方向的对流，构成了对流层空气的强烈对流运动，云、降水等天气现象都在这一层里发生。对流层是对人类生产、生活影响最大的一个层次，大气污染现象也主要发生在这一层里，特别在靠近地面的1～2公里范围内。
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。
平流层的温度先是随高度增加不改变，或变化很小，到30～35公里高度均保持在-55℃左右，再向上温度则随高度而增加，到平流层顶温度升至-3℃以上。平流层温度的升高主要是由于臭氧层的臭氧吸收来自太阳的紫外线，同时以热的形式释放出大量的能量。由于平流层内垂直对流运动很小，多为平流运动，没有对流层中那种云、雨等天气现象，尘埃也很少，大气透明度好，因此是现代超音速飞机飞行的理想场所。
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暖层
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。
