平流層之上，到高于海平面85公里高空的一層為中間層。這一層大氣中，幾乎沒有臭氮，這就使來自太陽輻射的大量紫外線白白地穿過了這一層大氣而未被吸收，所以，在這層大氣里，氣溫隨高度的增加而下降的很快，到頂部氣溫已下降到-83℃以下.由於下層氣溫比上層高,有利於空氣的垂直對流運動,故又稱之為高空對流層或上對流層.中間層頂部尚有水汽存在,可出現很薄且發光的“夜光雲”，在夏季的夜晚，高緯度地區偶爾能見到這種銀白色的夜光雲。
從中間層頂部到高出海面800公里的高空，稱為暖(熱)層，又叫電離層。這一層空氣密度很小，在700公里厚的氣層中，只含有大氣總重量的0.5％。據探測，在120公里高空，聲波已難以傳播；270公里高空，大氣密度只有地面的一百億分之一，所以在這裡即使在你耳邊開大炮，也難聽到什麼聲音。暖層里的氣溫很高，據人造衛星觀測，在300公里高度上，氣溫高達1000℃以上。所以這一層叫做暖層或者熱層。
暖層頂以上的大氣統稱為散逸層，又叫外層。它是大氣的最高層，高度最高可達到3000公里。這一層大氣的溫度也很高，空氣十分稀薄，受地球引力場的約束很弱，一些高速運動著的空氣分子可以掙脫地球的引力和其它分子的阻力散逸到宇宙空間中去。根據宇宙火箭探測資料表明，地球大氣圈之外，還有一層極其稀薄的電離氣體，其高度可伸延到22000公里的高空，稱之為地冕。地冕也就是地球大氣向宇宙空間的過渡區域。人們形象地把它比作是地球的“帽子”。
此外，還可以把整個大氣看成是一座別致的“兩層小樓”。這種“兩層樓”的設計又是以大氣的不同特徵為根據的。
第一，按著大氣的化學成分來劃分。這種劃分是以距海平面90公里的高度為界限的。在90公里高度以下，大氣是均勻地混合的，組成大氣的各種成分相對比例不隨高度而變化，這一層叫做均質層。在90公里高度以上，組成大氣的各種成分的相對比例，是隨高度的升高而發生變化的，比較輕的氣體如氧原子、氦原子、氫原子等越來越多，大氣就不再是均勻的混合了，因此，把這一層叫做非均質層。
第二，是按著大氣被電離的狀態來劃分，可分為非電離層和電離層。在海平面以上60公里以內的大氣，基本上沒有被電離處於中性狀態，所以這一層叫非電離層。在60公里以上至1000公里的高度，這一層大氣在太陽紫外線的作用下，大氣成分開始電離，形成大量的正、負離子和自由電子，所以這一層叫做電離層，這一層對於無線電波的傳播有著重要的作用。
