Căn cứ vào các đặc điểm khác nhau của lớp vỏ khí, người ta chia khí quyển thành năm tầng :
a) Tầng đối lưu
Tầng đối lưu nằm trên bề mặt Trái Đất có chiều dày không đồng nhất: ở Xích đạo 16 km, còn ở cực chỉ khoảng 8 km. Không khí trong tầng này chuyển động chủ yếu theo chiều thẳng đứng.
Tầng đối lưu tập trung tới 80% khối lượng không khí của khí quyển, 3/4 lượng hơi nước (từ 4 trở xuống) và các phần tử tro bụi, muôi, vi sinh vật... Chúng hấp thụ một phần bức xạ mặt trời, nhờ ; mà ban ngày mặt đất đỡ nóng, ban đêm đỡ lạnh ; đồng thời còn là hạt nhân ngưng tụ để hơi nước ngưng lại xung quanh thành sương mù, mây, mưa... Các phần tử vật chất rắn này càng lên cao càng ít, cũng là nguyên nhân làm cho nhiệt độ ở tầng này giảm theo độ cao.
b) Tầng bình lưu
Tầng bình lưu, không khí khô và chuyển động thành luồng ngang, tầng này tập trung phần lớn ôdôn. nhất là ớ độ cao từ 22 - 25 km. Do tia mặt trời đốt nóng trực tiếp và ôdôn hấp thụ bức xạ mặt trời nên nhiệt độ ở tầng bình lưu tăng lên đến +10°c.
c) Tầng giữa
Tầng khí quyển giữa từ giới hạn trên của tầng bình lưu lên tới 75 - 80 km. Ở tầng này nhiệt độ giảm mạnh theo độ cao và xuống còn khoảng -700C đến - 800C ở đỉnh tầng.
d) Tầng ion (tầng nhiệt)
Ở đây không khí hết sức loãng, nhưng lại chứa nhiều ion là những hạt rất nhỏ mang điện tích âm hoặc dương nên có tác dụng phản hồi những sóng vô tuyến điện từ mặt đất truyền lên.
e) Tầng ngoài
Tầng khí quyển ngoài chủ yếu là khí hêli vả hiđrô, không khí ở tầng này rất loãng.