大气层的结构，也是以地心为中心的同心圆式的圈层结构。分为对流层，平流层、中层、热层和外层大气。
(1)对流层是最薄的一层大气圈，离地面只有几公里到十几公里厚。但其质量却占整个大气的80%。对流层的特点是常有上升气流和下降气流的对流现象以及空气温度随高度的增加而降低的特点。平均每升高150米，温度降低1℃，对流层顶，气温降低到零下60-70摄氏度。一切天气现象都发生在这一层。
(2)平流层，是对流层顶到50公里左右的大气层。在这一层里，大气上下对流较弱，而作水平方向的流动（平流）。大气中的臭氧大部分含于此层。这一层由于臭氧吸收太阳紫外辐射，使温度随高度增加。至平流层顶温度上升到零下40-30摄氏度。
(3)从高度50公里到85公里的大气层叫中层（或逸散层）。这一层，太阳短波辐射被吸收和散射，使大气电离。在此层中的夜天光正是这种电离作用的结果。此层的温度最初隧高度的增加而增加，后来反而降低。
(4)中层之上的大气层是热层。这一层，温度又随高度的增加而增加，直到磁层边界。开始时增加很快。据人造卫星探测在300公里高度气温已达1000℃以上，到外面增加就更缓慢了，几乎温度不再变化。
(5) 500公里以上的大气又称为外层大气。在600公里以上存在着地球的磁层。
5 00公里以上到1000公里，气体被太阳辐射电离，形成大量的离子和自由电子，这一范围又专称为电离层。
