Circa metà dell'aria è concentrata nei primi 5-6 km ed entro 16 km se ne trova il 90%. Man mano che si sale si nota una modificazione nella temperatura, densità e composizione, pertanto si presenta suddivisa in strati. La stratificazione dell'atmosfera è principalmente definita dalla variazione di temperatura, definita come gradiente termico verticale e ogni strato è delimitato da una pausa.
Troposfera
È lo strato che parte dalla superficie terrestre e si estende fino a 6-8 km ai poli e 16-18 km all'equatore; questa differenza di spessore è dovuta allo schiacciamento prodotto dalla rotazione terrestre. Poiché la temperatura diminuisce di circa 6 °C ogni km, ai poli si raggiungono -45 °C e all'equatore -80 °C. In questo strato si verificano tutti i fenomeni meteorologici ed è concentrata la maggior parte dei gas e del vapore acqueo. Il limite superiore è definito dalla tropopausa e in esso ci sono le velocissime correnti a getto.
Stratosfera
Nell'aria stratosferica i moti convettivi sono assenti e quindi i gas non sono ben distribuiti, ma si presentano a strati.
In questo strato l'ossigeno, assorbendo i raggi UV, è trasformato in ozono (ozonosfera) con liberazione di calore. Per questo motivo la temperatura riprende a salire fino a superare 0 °C nella stratopausa, a 50 Km. L'aria è molto secca quindi non avviene la condensazione del vapore e nubi e precipitazioni sono assenti tranne nelle regioni polari, dove cristalli di ghiaccio e acido nitrico formano le iridescenti nubi madreperlacee.
Mesosfera
Lo strato si estende fino a 80 km. Poiché non ci sono gas che assorbono le radiazioni, la temperatura scende nuovamente fino a portarsi a -80 °C in corrispondenza della mesopausa. La maggior parte dei frammenti solidi provenienti dallo spazio si disintegra in questo strato, formando le meteore. Polveri sottili e cristalli di ghiaccio si rendono visibili al crepuscolo d'estate nelle nubi nottilucenti.
Termosfera
Così chiamata perché la temperatura risale fino a 1000 °C, corrispondente all'energia cinetica posseduta dalle poche molecole presenti. Un comune termometro, però, registrerebbe parecchi gradi sottozero. Si estende fino ai 600 km e i pochi gas presenti sono in forma ionizzata a causa delle radiazioni solari, per questo è chiamata anche ionosfera.
Lo strato ionizzato riflette le onde radio, ma non quelle televisive che hanno bisogno di ripetitori satellitari, permettendo le comunicazioni intercontinentali ed è responsabile delle aurore polari dovute all'interazione delle particelle ionizzate con il vento solare.
Esosfera
L'ultimo strato, pressoché vuoto, ha una temperatura cinetica di 2000 °C e sfuma gradualmente nello spazio interplanetario ad un'altezza di 2000-2500 km.
La parte più esterna è la magnetosfera, costituita da particelle cariche provenienti dal vento solare che vengono intrappolate in due zone toroidali, la prima di protoni e la seconda di elettroni, dette fasce di Van Allen. Esse forniscono una protezione dalle pericolose radiazioni solari a tutta la superficie tranne che ai poli.
Quando le particelle cariche del vento solare interferiscono con la magnetosfera, viene modificato sia il percorso delle particelle stesse, sia l'andamento delle linee di forza del campo. Questa interferenza produce una compressione della parte del campo magnetico rivolta verso il Sole e il corrispondente trascinamento della parte opposta.
Il colore del cielo
La luce solare viene diffusa dalle molecole dell'atmosfera soprattutto nelle frequenze più corte; per questo il cielo appare azzurro. Al tramonto invece il cielo appare rosso perché i raggi arrivano più obliqui e, compiendo un percorso più lungo, assorbono maggiormente le frequenze più corte e riflettono quelle più lunghe (rosso). Inoltre nei bassi strati sono presenti particelle di pulviscolo più grandi e in maggiore quantità, che riflettono le onde lunghe. Il fenomeno è più evidente se l'atmosfera è ricca di vapore acque, per questo i tramonti al mare sono più spettacolari di quelli in alta montagna.
