大气的温度、密度和运动状况在垂直方向上的分布是不均匀的。人们依据温度、密度和大气运动状况，将大气自下而上依次划分为对流层、平流层和高层大气（图2.1）。
（一）对流层 贴近地面的大气最低层。整个大气质量的374和几乎全部水汽、杂质都集中在这一层。该层是大气中最活跃、与人类关系最密切的一层。人类就生活在对流层的底部。对流层有以下特点。
气温随高度的增加而递减。这是因为地面是对流层大气的主要的直接热源，因此离离地面越高，气温越低。
对流运动显著。该层上部冷下部热，有利于空气的对流运动，对流层即因此得名。对流层的高度因纬度而异，低纬度地面受热多，对流旺盛，对流层高度可达17～18千米；高纬度地面受热少，对流运动弱，对流层高度仅8-9千米。
天气现象复杂多变。近地面的水汽和杂质通过对流运动向上层空间输送，在上升过程中随着气温的降低，容易成云致雨。云、雨、雾、雪等天气现象都发生在这一层。
（二）平流层 自对流层顶至50～55千米高度的范围为平流层。这一层有以下特点。
气温随高度增高。该层大气主要靠臭氧吸收大量太阳紫外线增温。在22-27千米高度处，臭氧含量达到最大值，形成臭氧层。臭氧层以上，臭氧含量逐渐减少，但是太阳紫外线辐射强烈，气温随高度迅速增高。
气流以平流运动为主。该层上部热下部冷，大气稳定，不易形成对流，而是以平流运动为主，有利于高空飞行。
（三）高层大气 平流层顶以上的大气，气压很低，空气密度很小。到2 000-3 000千米的高空，大气的密度已与星际空间的密度非常接近。这里的一些高速度运动的空气质点经常散逸到宇宙空间去，这个高度可看做地球大气的上界。 在该层大气80～500千米的高空，有若干电离层。电离层大气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，处于高度电离状态，故而能反射无线电短波，对无线电通信有重要作用。