基本含義
對流層在大氣層的最低層，緊靠地球表面，其厚度大約為10至20千米。對流層的大氣受地球影響較大，雲、霧、雨等現象都發生在這一層內，水蒸氣也幾乎都在這一層記憶體在，還存在大部分的固體雜質。這一層的氣溫隨高度的增加而降低，大約每升高1000米，溫度下降5～6℃；動、植物的生存，人類的絕大部分活動，也在這一層內，因為這一層的空氣對流很明顯，故稱對流層。對流層以上是平流層，大約距地球表面20至50千米。平流層的空氣比較穩定，大氣是平穩流動的，故稱為平流層。在平流層內水蒸氣和塵埃很少，並且在30千米以下是同溫層，其溫度在－55℃左右，溫度基本不變，在30千米至50千米內溫度隨高度增加而略微升高。平流層以上是中間層，大約距地球表面50至85千米，這裡的空氣已經很稀薄，突出的特徵是氣溫隨高度增加而迅速降低，空氣的垂直對流強烈。中間層以上是暖層，大約距地球表面100至800千米，最突出的特徵是當太陽光照射時，太陽光中的紫外線被該層中的氧原子大量吸收，因此溫度升高，故稱暖層。散逸層在暖層之上，為帶電粒子所組成。
大氣層大氣層又稱大氣圈，是因重力關係而圍繞著地球的一層混合氣體，是地球最外部的氣體圈層，包圍著海洋和陸地，大氣圈沒有確切的上界，在離地表2000~16000公里高空仍有稀薄的氣體和基本粒子，在地下，土壤和某些岩石中也會有少量氣體，它們也可認為是大氣圈的一個組成部分，地球大氣的主要成分為氮、氧、氬、二氧化碳和不到0.04%比例的微量氣體，這些混合氣體被稱為空氣，地球大氣圈氣體的總質量約為5.136×10^21克，相當於地球總質量的0.86%，由於地心引力作用，幾乎全部的氣體集中在離地面100公里的高度範圍內，其中75%的大氣又集中在地面至10公里高度的對流層範圍內，根據大氣溫度垂直分布和運動特徵，在對流層之上還可分為平流層、中氣層、增溫層等。大氣層保護地表避免太陽輻射直接照射，尤其是紫外線；也可以減少一天當中極端溫差的出現。
除此之外，還有兩個特殊的層，即臭氧層和電離層。臭氧層距地面20至30千米，實際介於對流層和平流層之間。這一層主要是由於氧分子受太陽光的紫外線的光化作用造成的，使氧分子變成了臭氧。電離層很厚，大約距地球表面80千米以上。電離層是高空中的氣體，被太陽光的紫外線照射，電離層由帶電荷的正離子和負離子及部分自由電子形成的。電離層對電磁波影響很大，我們可以利用電磁短波能被電離層反射回地面的特點，來實現電磁波的遠距離通訊。
在地球引力作用下，大量氣體聚集在地球周圍，形成數千公里的大氣層。氣體密度隨離地面高度的增加而變得愈來愈稀薄。探空火箭在3000公里高空仍發現有稀薄大氣，有人認為，大氣層的上界可能延伸到離地面6400公里左右。據科學家估算，大氣質量約6000萬億噸，差不多占地球總質量的百萬分之一。大氣體積成分：氮78%、氧21%、氬0.93%、二氧化碳0.03%、氖0.0018%，此外還有水汽、塵埃、氣溶膠及大粒度懸浮顆粒。由於地磁場的保護作用，使得大氣層在太陽風及宇宙高能射線流的刮蝕作用下得以保存。
根據各層大氣的不同特點（如溫度、成分及電離程度等），從地面開始依次分為對流層、臭氧層、平流層、中間層、熱層（電離層）和外大氣層。
自然狀態下，大氣是由混合氣體、水汽和雜質組成。除去水汽和雜質的空氣稱為乾潔空氣。乾潔空氣的主要成分為78.09%的氮，20.94%的氧，0.93%的氬。這三種氣體占總量的99.96%，其它各項氣體含量計不到0.1%，這些微量氣體包括氖、氦、氪、氙等稀有氣體。在近地層大氣中上述氣體的含量幾乎可認為是不變化的，稱為恆定組分。
在乾潔空氣中，易變的成分是二氧化碳(CO2)、臭氧(O3)等，這些氣體受地區、季節、氣象以及人類生活和生產活動的影響。正常情況下，二氧化碳含量在20km以上明顯減少。近地層乾潔空氣組成如表1-1-1所示。
表1-1-1 乾潔空氣的氣體成分
| 氣體 | 體積分數？ | 氣體 | 體積分數 |
| (×10) | ?(×10) | ||
| 氮 | 780 900 | 氪 | 1 |
| 氧 | 209 400 | 一氧化氮 | 1.5 |
| 氬 | 9 300 | 氫 | 1.5 |
| 二氧化碳 | 315 | 氙 | 1.08 |
| 氖 | 18 | 二氧化氮 | 1.02 |
| 甲烷 | 1.0～1.2 |
層次
對流層
大氣層對流層（troposphere；convectionzone）。定義1：大氣最下層，厚度（8～17公里）隨季節和緯度而變化，隨高度的增加平均溫度遞減率為6.5℃/公里，有對流和湍流。天氣現象和天氣過程主要發生在這一層。套用學科：大氣科學（一級學科）；大氣（二級學科）。定義2：恆星內部冷熱氣體不斷升降對流的區域。套用學科：天文學（一級學科）；天體物理（二級學科）。
地球對流層（troposphere）位於大氣的最低層，集中了約75%的大氣質量和90%以上的水汽質量。其下界與地面相接，上界高度隨地理緯度和季節而變化。在低緯度地區平均高度為17～18公里，在中緯度地區平均為10～12公里，極地平均為8～9公里，並且夏季高於冬季。
對流層從地球表面開始向高空伸展，直至對流層頂，即平流層的起點為止。它的高度因緯度而不同，在低緯度地區大約17至18公里，在中緯度的地區高10至12公里，在高緯度地區只有8至9公里。在高緯度的地區，因為地表的摩擦力會影響氣流，形成了一個平均厚2公里的行星邊界層。這一層的形成主要依靠地形而有所不同，而且亦會被逆流層的分隔而與對流層的其他部份分開。
英語裡的對流層一字“Troposphere”的字首，是由希臘語的“Tropos”（意即“鏇轉”或“混合”）引伸而來。正因對流層是大氣層中湍流最多的一層，噴射客機大多會飛越此層頂部（即對流層頂）用以避開影響飛行安全的氣流。
在宇宙中恆星也有對流層，太陽內部能量向外傳播除輻射，還有對流過程。即從太陽0.71個太陽半徑向外到達太陽大氣層的底部，這一區間叫對流層。這一層氣體性質變化很大，很不穩定，形成明顯的上下對流運動。這是太陽內部結構的最外層。
接近地球表面的一層大氣層，空氣的移動是以上升氣流和下降氣流為主的對流運動，叫做“對流層”。平均厚度約為12公里，它的厚度不一，其厚度在地球兩極上空為8公里，在赤道上空為17公里，是大氣中最稠密的一層，總質量占大氣層的四分之三還要多。大氣中的水汽幾乎都集中於此，是展示風雲變幻的“大舞台”：颳風、下雨、降雪等天氣現象都是發生在對流層內。對流層最顯著的特點是有強烈的對流運動。
該層有如下特點：
（1）溫度隨高度的增加而降低：這是因為該層不能直接吸收太陽的短波輻射，但能吸收地面反射的長波輻射而從下墊面加熱大氣。因而靠近地面的空氣受熱多，遠離地面的空氣受熱少。每升高1公里，氣溫約下降6.5度。
（2）空氣對流：因為岩石圈與水圈的表面被太陽曬熱，而熱輻射將下層空氣烤熱，冷熱空氣發生垂直對流，又由於地面有海陸之分、晝夜之別以及緯度高低之差，因而不同地區溫度也有差別，這就形成了空氣的水平運動。
（3）溫度、濕度等各要素水平分布不均勻：大氣與地表接觸，水蒸氣、塵埃、微生物以及人類活動產生的有毒物質進入空氣層，故該層中除氣流做垂直和水平運動外，化學過程十分活躍，並伴隨氣團變冷或變熱，水汽形成雨、雪、雹、霜、露、雲、霧等一系列天氣現象。
平流層
平流層（stratosphere），又稱同溫層。定義1：從對流層頂到約50公里高度的大氣層。層內溫度通常隨高度的增加而遞增。底部溫度隨高度變化不大。套用學科：大氣科學（一級學科）；大氣（二級學科）。定義2：距地表約10～50公里處的大氣層。位於對流層之上，逸散層之下。套用學科：生態學（一級學科）；全球生態學（二級學科）；流層（stratosphere），亦稱同溫層，是地球大氣層里上熱下冷的一層，此層被分成不同的溫度層，當中高溫層置於頂部，而低溫層置於低部。它與位於其下貼近地表的對流層剛好相反，對流層是上冷下熱的。在中緯度地區，平流層位於離地表10~50公里的高度，而在極地，此層則始於離地表8公里左右。
對流層上面，直到高于海平面50公里這一層，氣流主要表現為水平方向運動，對流現象減弱，這一大氣層叫做“平流層”，又稱“同溫層”。這裡基本上沒有水汽，晴朗無雲，很少發生天氣變化，適於飛機航行。在20~30公里高處，氧分子在紫外線作用下，形成臭氧層，像一道屏障保護著地球上的生物免受太陽紫外線及高能粒子的襲擊。
中間層
中間層（Mesosphere），又稱中層。自平流層頂到85公里之間的大氣層。
該層內因臭氧含量低，同時，能被氮、氧等直接吸收的太陽短波輻射已經大部分被上層大氣所吸收，所以溫度垂直遞減率很大，對流運動強盛。中間層頂附近的溫度約為190K；空氣分子吸收太陽紫外輻射後可發生電離，習慣上稱為電離層的D層；有時在高緯度地區夏季黃昏時有夜光雲出現。
物質組成：氮氣和氧氣為主，幾乎沒有臭氧。該層的60-90公里高度上，有一個只有在白天出現的電離層，叫做D層。
電離層
大氣層電離層（Ionosphere）/暖（熱）層（Thermosphere）。
電離層是地球大氣的一個電離區域。60公里以上的整個地球大氣層都處於部分電離或完全電離的狀態，電離層是部分電離的大氣區域，完全電離的大氣區域稱磁層。也有人把整個電離的大氣稱為電離層，這樣就把磁層看作電離層的一部分。大約距地球表面10~80公里。散逸層在暖層之上，為帶電粒子所組成。
該層特點是：
除地球外，金星、火星和木星都有電離層。電離層從離地面約50公里開始一直伸展到約1000公里高度的地球高層大氣空域，其中存在相當多的自由電子和離子，能使無線電波改變傳播速度，發生折射、反射和散射，產生極化面的鏇轉並受到不同程度的吸收。
在電離作用產生自由電子的同時，電子和正離子之間碰撞複合，以及電子附著在中性分子和原子上，會引起自由電子的消失。大氣各風系的運動、極化電場的存在、外來帶電粒子不時入侵，以及氣體本身的擴散等因素，引起自由電子的遷移。在55公里高度以下的區域中，大氣相對稠密，碰撞頻繁，自由電子消失很快，氣體保持不導電性質。在電離層頂部，大氣異常稀薄，電離的遷移運動主要受地球磁場的控制，稱為磁層。
電離層的主要特性由電子密度、電子溫度、碰撞頻率、離子密度、離子溫度和離子成分等空間分布的基本參數來表示。但電離層的研究對象主要是電子密度隨高度的分布。電子密度（或稱電子濃度）是指單位體積的自由電子數，隨高度的變化與各高度上大氣成分、大氣密度以及太陽輻射通量等因素有關。電離層內任一點上的電子密度，決定於上述自由電子的產生、消失和遷移三種效應。在不同區域，三者的相對作用和各自的具體作用方式也大有差異。
中間層以上，到離地球表面500公里，叫做“熱層”。在這兩層內，經常會出現許多有趣的天文現象，如極光、流星等。
外層
外層（Exosphere），又名散逸層，熱層頂以上是外大氣層，延伸至距地球表面1000公里處。這裡的溫度很高，可達數千度；大氣已極其稀薄，其密度為海平面處的一億億分之一。外大氣層也叫磁力層，它是大氣層的最外層，是大氣層向星際空間過渡的區域，外面沒有什麼明顯的邊界。在通常情況下，上部界限在地磁極附近較低，近磁赤道上空在向太陽一側，約有9~10個地球半徑高，換句話說，大約有65000千米高。在這裡空氣極其稀薄。
通常把1000公里之內，即電離層之內作為大氣的高度，即大氣層厚1000公里。
化學演化
地球大氣圈的成分和各組分的分壓有著極其複雜的演化過程。地球不同於金星和火星。金星的質量近於地球，由於距太陽較近，表面溫度高，內部除氣所產生的水蒸氣不能在表面凝結成水圈，CO2、SO2、H2S、NO、NO2等積累滯留在大氣圈內形成稠密的CO2大氣圈。火星距太陽較地球遠，表面溫度低，加之質量較小，氣體易於逃逸，火星內部除氣過程釋出的氣體，不能凝結成水體,只能形成極稀薄的CO2大氣圈。地球的大氣圈、水圈、生物圈和岩石圈具有協調的形成和演化過程。地球內部除氣作用釋出的主要氣體為水蒸氣、CO2、CO、HCl、CI2、HF、HBr、H2S、S、SO2、N2、H2、H、O2、CH4、NH3和稀有氣體等。O2主要來源於水蒸氣的光化學分解和綠色植物的光合作用。地球內部物質的熔融除氣過程，大約共釋放1.74×1018噸揮發性物質,其中CO2約1.22×1015噸。地球初始的大氣圈屬於具有火山氣體成分的強還原性大氣圈。通過水蒸氣的凝結，原始的海洋水成為強酸性水體。隨著海洋水體的增大，大氣圈中CO2的積累，太古宙的地球大氣圈演化為CO2-火山氣體大氣圈。隨著水圈中碳酸鹽的沉積，大氣圈中CO2分壓降低，演化為元古宙的弱氧化的CO2大氣圈。顯生宙生物的繁殖，碳酸鹽沉積量的增長和植物的出現，CO2大氣圈逐步演化為現今的N2-O2大氣圈。
| 層序 | 高度 | 溫度分布變化 |
| 對流層 | 0~17千米 | 隨著高度的增加而降低 |
| 平流層 | 17~50千米 | 隨著高度的增加而升高 |
| 中間層 | 50~80千米 | 隨著高度的增加而降低 |
| 暖層 | 80~500千米 | 隨著高度的增加而升高 |
| 外層 | 500~1000千米 | 隨著高度的增加而升高 |
人類的活動使地球大氣圈中CO2含量明顯增加，每年通過煤和石油的燃燒產生的CO2總量為6.2×10^9噸，相當於現今大氣圈中CO2含量的1/250。溫室效應的增長，臭氧層的破壞，一系列環境生態的惡化，對人類的生存環境提出了嚴重的挑戰。“全球變化──地圈和生物圈十年”計畫已成為當代科學研究的焦點，全世界的科學家將為人類生存環境的演化和預測提出科學對策。
