包围地球的空气称为大气。大气是多种气体的混合物，低层大气主要由干洁空气、水汽和杂质三部分组成。
干洁空气的主要成分是氮气和氧气，氮气和氧气的体积分数分别约为78%和21%，两者合占99%。氮是地球上生物体的基本成分。氧是人类和其他生物体维持生命活动必需的物质，并参与有机物的燃烧、腐败和分解过程。二氧化碳和臭氧在大气中的含量虽少，但对自然环境和生命活动具有重要作用。二氧化碳是绿色植物进行光合作用的基本原料，对地面起着保温作用。臭氧能强烈吸收太阳紫外线，臭氧层可保护地球上的生物免收过量紫外线的伤害；而穿透大气到达地面的少量紫外线，又有***菌作用。
对流层是贴近地面的大气最低层。整个大气质量的3/4和几乎全部的水汽、杂质，都集中在这一层。对流层受地面的影响很大，其高度随纬度、季节而变化。就纬度而言，低纬度地区高17-18千米，中纬度地区高10-12千米，高纬度地区高仅8-9千米；就季节而言，任何纬度地区，夏季较厚，而冬季较薄，中纬度地区尤其明显。对流层气温随高度的增加而递减，这是因为地面是对流层大气主要的直接热源。对流层上部冷下部热，空气会产生对流。随着空气的对流运动，近地面的水汽杂质向上空输送，在上升过程中随着气温的降低，容易成云致雨。对流层的天气现象复杂多变，云、雾、雨、雪等天气都在这一层发生。
自对流层向上至50-55千米高度的范围为平流层。平流层内，气温随高度的增加而上升。该层大气主要靠臭氧吸收太阳紫外线增温。臭氧集中在15-35千米的气层中，形成臭氧层。臭氧层以上，臭氧含量逐渐减少，但是太阳紫外线辐射强烈，气温随高度的增加迅速上升。平流层上部热下部冷，大气稳定，不易形成对流。大气以水平运动为主，平流层由此得名。该层中水汽、杂质含量较少，能见度高，天气现象少见较晴朗，有利于航空飞机飞行。
平流层以上的大气，统称高层大气。高层大气气压很低，密度很小。在60-500千米的高空，有若干电离层。在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，大气分子被分解为离子，大气处于高度电离状态，所以称为电离层。电离层能反射无线电波，对远距离无线电通信有重要作用。