大气层垂直结构大致可分为对流层、平流层、中间层、游离层及外气层,分述如下：
对流层
最接近地面的大气层称为对流层,平均高度约10公里.对流层高度随纬度变化,在赤道最高约为15公里,极地最低约8公里.顾名思义,对流层是对流最旺盛的区域,也是天气现象发生的地方.大气中的水汽,约有80%存在于对流层,因此它也是蒸发、云、雨等最经常出现的区域.平均而言,对流层温度随高度降低,每上升100米,温度下降约0.6℃.
平流层
含有臭氧,具有吸收紫外线功能,保护地球上所有生物的生存和地表免于受阳光中强烈的紫外线致命的侵袭,又叫同温层.因为在同温层内部的臭氧层有吸收太阳辐射的功能,在此层的气温会随高度增加.
中间层
此层主要成份有臭氧、氧、二氧化碳、氮的氧化物,这些部份是由光化学作用引起之产物,故又称：光化层.
游离层
又称：增温层、电离层,空气极稀薄,而离子特别多.温度相当高,且随高度升高而温度升高.
外气层
外太空的起点,含元素中最轻的二种气体：氢（H）及氦（He）.