U atmosferi se odvijaju raznovrsni procesi važni za život na Zemlji, kao što su kiša, snijeg i vjetar. Ona je zaslužna za zaštitu Zemlje od pretjeranog zagrijavanja ili hlađenja, ali i za zaštitu od ultraljubičastog zračenja te velikog broja meteorita koji u njoj sagore i nikada ne dospiju do površine Zemlje. Kad ne bi bilo atmosfere, prosječna temperatura zraka na Zemlji iznosila bi -18°C. Atmosfera je također u mnogočemu zaslužna i za boju neba.
Sama riječ „atmosfera“ dolazi od grčkih riječi „atmos“ = dah/ para/ plin, i „sphaira“ = „lopta“. Radi se o plinovitom omotaču oko Zemlje, koji ima oblik Zemlje (spljoštena je na polovima i ispupčena na ekvatoru), i koji se okreće zajedno sa Zemljom.
Atmosfera se sastoji od smjese plinova, a prije svega tu su dušik – N2 (oko 78%) i kisik – O2 (oko 21%). Preostalih 1% čine ostali plinovi (argon, helij, ozon, vodik, metan i dr.), uključujući i ugljikov dioksid (CO2) – 0,03%.
Zemljina površina predstavlja donju granicu atmosfere, dok se gornjom općenito smatra visina od oko 100 km od razine mora, gdje se nalazi tzv. linija Kármán – imaginarna granica između Zemljine atmosfere i svemira. Promjenom visine dolazi i do promjene karakteristike zraka koji ispunjava atmosferu, pa je ona podijeljena na nekoliko slojeva.
Prvi sloj nazivamo troposferom. Radi se o najnižem, najgušćem, najbolje proučenom i najvažnijem slojem atmosfere za čovjeka. U ovom sloju atmosfere, koji seže do između 7 i 16 km nad razinom mora, nalazi se oko 80% sveukupne mase atmosfere. Svi procesi koji utječu na vijeme na Zemlji događaju se u troposferi: vjetrovi, padaline i oblaci. Čak i komercijalni zrakoplovi ne lete izvan troposfere – najčešće na visinama 9-10 km iznad razine mora. U ovom najnižem sloju atmosfere, temperatura zraka u prosjeku opada za 6,5°C na svakih 1 km visine. Zrak je najtopliji uz Zemljinu površinu te se hladi kako se povećava nadmorska visina.
Oko 7-11 km nad morskom razinom u umjerenim i polarnim predjelima, odnosno na visini od oko 16 km u tropskim predjelima, temperature sežu od -40 do -60°C, odnosno -80°C. Tamo započinje do 2 km debeli sloj kojeg nazivamo tropopauza – prijelazni sloj između troposfere i stratosfere. Dok u sloju tropopauze temperatura stagnira, nadalje u stratosferi ona raste, prvo postepeno, a zatim naglo, da bi pri vrhu stratosfere na visinama od oko 50 km nad morem bila slična onoj na Zemljinom tlu. U stratosferi se nalazi koncentracija plina ozona – O3, osobito u sloju između 20 i 30 km nad morem, sloju kojeg često nazivamo i ozonosferom ili ozonskim omotačom. Taj omotač nas štiti od štetnog zračenja upijajući ultraljubičaste zrake. Određeni plinovi koje ispuštamo na Zemlji mogu stići do ovih dijelova stratosfere, gdje uništavaju ozonski omotač.
Sloj atmosfere viši od stratosfere, a koji slijedi nakon relativno tankog sloja stratopauze, je mezosfera i prostire se do visina od oko 80 km nad morem. Ovdje temperatura ponovno s visinom opada, da bi na vrhu dosegnula vrijednosti od -85 do -90°C.
Sloj mezopauze dijeli mezosferu od termosfere, sloja u kojem temperatura ponovno raste s visinom i doseže čak 1.500°C (radi ionizacije zraka – atomi u zraku postaju ioni zbog djelovanja Sunčevog zračenja). Termosfera seže i do 500 km nad morem. Prvi dio ovog sloja (do 400 km visine) nazivamo i ionosferom, slojem koji provodi električnu energiju i reflektira radio valove sa Zemlje. Prije pojave umjetnih telekomunikacijskih satelita, to je bio jedini mogući način bežičnog prijenosa radio valova na velike udaljenosti. U termosferi se nalazi i Međunarodna svemirska postaja, na visinama između 320 km i 380 km. Također, polarna svjetlost se javlja u termosferi.
Atmosferski sloj na visini od 120 km smatra se granicom rasipanja svjetlosti koja određuje boju neba. Iznad te visine nebo se čini sasvim crno. U slojevima iznad 160 km, vlada vječna tišina, jer se zvuk ne rasprostire na daljinu. Smatra se da prilike u termosferi djelomično odgovaraju uvjetima koji vladaju u svemiru.
Dalje, sve do visine od oko 9.600 km nad morem, prostire se egzosfera – vanjski dio atmosfere, prijelazno područje između Zemljine atmosfere i vanjskog svemira. U najnižim slojevima egzosfere nalazi se magnetosfera – sloj u kojem struje naelektrizirane čestice zraka pod djelovanjem Zemljina magnetskog polja. Nakon magnetosfere jakost Zemljina magnetskog polja jednaka je jakosti magnetskog polja u interplanetarnom prostoru pa mnogi drže da upravo tu prestaje utjecaj Zemlje i počinje međuplanetarni prostor. Vrh egzosfere nazivamo i geokoronom – granicom Zemljine atmosfere vidljivom iz svemira.
S gustoćom zraka, s kojom je usko povezan tlak zraka, je puno lakše: brzo opadaju s visinom. Na visinama od nekoliko stotina kilometara zrak je toliko rijedak da pojedine molekule prijeđu put i od više stotina metara, pa i kilometara, prije negoli se sudare s drugom česticom. Stoga se, s obzirom na gustoću zraka, već i na tim visinama može govoriti o zrakopraznom prostoru. Sve to utječe na činjenicu zbog čega znanstvenici ne mogu precizno odrediti gornju granicu atmosfere.
