大气圈的基本结构分为5层，对流层、平流层、中间层、暖层、外层（逃逸层）。
一、对流层
地球大气的最下层，集中了约75%的大气的质量和90%以上的水汽质量。它的下界与地面相接，上界高度随地理纬度和季节而变化。在低纬度地区平均高度为17~18千米，在中纬度地区平均为10~12千米，极地平均为8~9千米。
对流层由于受到地面森林、湖泊、草原、海滩、山岭等不同地形的影响，受日光照射而引起的气温的变化，因而造成垂直方向和水平方向的风，即空气发生大量的对流现象，故称为对流层。
二、平流层
位于对流层之上，顶部高度约为50-65千米。平流层的特点是温度随高度增加而升高，这是因为平流层顶部吸收了来自太阳的紫外线而被加热。因此，平流层内没有常规的对流活动，气流较为稳定。这一层的增温是由于臭氧层吸收了来自太阳的紫外线，它把平流层的顶部加热。
三、中间层
地球大气层的一层，位于平流层之上，高度在50-85千米之间。这一层的主要特点是大气温度随着高度的增加而下降，因此存在着强烈的垂直方向上的大气运动。中间层是大气中温度变化最大的一层，气温随高度的增加而迅速降低。
在中间层顶部，气温可降至160-190K，到达对流层顶时，气温已降至约为173K（-100°C，即-146°F）。这种温度变化导致中间层存在较强的垂直大气运动。
四、暖层
又称热层或电离层，是地球大气层的一层，位于中间层之上，离地面大约100至800千米之间。这一层的显著特点是大气密度极小，因此大气分子自由程大，风力微弱。在暖层中，由于紫外线被该层中的氧原子大量吸收致使温度升高，因此得名暖层。
五、外层（逃逸层）
外层（Outer layer）是地球大气层的最外层，也被称为散逸层。这一层是大气层中最稀薄、最远离地心的一层，其空气分子大多处于电离状态。在外层，空气分子的运动主要受到地心引力的影响，并可能逃逸进入太空。