大气圈从下至上分为五层，自下而上依次是对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层。

对流层是地球大气中最低的一层。云、雾、雨雪等主要大气现象都出现在此层。气温随高度增加而降低：由于对流层主要是从地面得到热量，因此气温随高度增加而降低。

在平流层内，随着高度的增高，气温最初保持不变或微有上升。平流层这种气温分布特征是和它受地面温度影响很小，特别是存在着大量臭氧能够直接吸收太阳辐射有关。

自平流层顶到80km左右为中间层。该层的特点是气温随高度增加而迅速下降，并有相当强烈的垂直运动。

暖层它位于中间层顶以上。该层中，气温随高度的增加而迅速增高。这是由于波长小于0.175μm的太阳紫外辐射都被该层中的大气物质所吸收的缘故。

散逸层是大气的最高层，又称外层。这一层中气温随高度增加很少变化。由于温度高，空气粒子运动速度很大，又因距地心较远，地心引力较小，所以这一层的主要特点是大气粒子经常散逸至星际空间，本层是大气圈与星际空间的过渡地带。