Atmosfera je gasoviti omotač koji okružuje Zemlju (ili neko drugo nebesko telo) i koji Zemlja zadržava svojom gravitacijom. Ona štiti život na Zemlji apsorbujući ultraljubičaste zrake Sunca i smanjujući temperaturne ekstreme između obdanice i noći. Bez atmosfere, kosmičko zračenje bi uništilo život na Zemlji, a stalno padanje delova stena iz svemira ispunilo bi njenu površinu kraterima.
Atmosfera nema tačno određenu granicu i ne završava se na određenoj visini, već se sa povećanjem visine njena gustina smanjuje, tj. atmosfera postaje progresivno ređa i postepeno se stapa sa svemirom. Na osnovu usvojenih definicija, atmosfera se prema temperaturi i hemijskom sastavu deli na pet glavnih slojeva (visinske granice nisu fiksne):
1. troposfera: od Zemljine površine do 10–15 km
2. stratosfera: od 10–15 km do 50 km
3. mezosfera: od 50 km do 85 km
4. termosfera: od 85 km do 600 km
5. egzosfera: od 600 km do 1000 km
Granice između tih slojeva nazivaju se tropopauza, stratopauza i mezopauza.
U najnižem i najgušćem delu atmosfere, troposferi, polazeći od površine Zemlje ka gornjim delovima tog sloja, temperatura opada – na kraju troposfere iznosi oko −60 °C. Temperatura opada zbog toga što sunčevi zraci zagrevaju tlo, a ta toplota se prenosi samo na niže delove troposfere. Većina oblaka i vremenskih pojava nastaje u tom sloju, koji se menja sa promenom geografske širine i godišnjeg doba.
U nižim slojevima stratosfere temperatura je konstantna, zatim lagano raste, a na kraju tog sloja dostiže vrednost od 0 °C do 10 °C. U tom sloju se nalazi ozonski omotač, koji upija ultraljubičasto zračenje, zbog čega se vazduh zagreva. Temperatura se u stratosferi menja u zavisnosti od godišnjeg doba.
U mezosferi dolazi do pada temperature sa povećanjem visine – na kraju tog sloja temperatura je oko −85 °C. Za razliku od troposfere i stratosfere, gde je temperatura veća leti nego zimi, u mezosferi je obrnuto, pa je temperatura tog sloja veća zimi nego leti.
U termosferi temperatura brzo raste (zbog izuzetno male gustine tog sloja), od −90 °C na visini od 90 km do 1500 °C na visini od 400 km, a zatim je konstantna sa povećanjem visine. Temperatura i gustina tog dela atmosfere menjaju se u velikom opsegu u zavisnosti od dela dana i godišnjeg doba. Sateliti su ustanovili da je gustina termosfere na visini od 200 km 1,5–2 puta veća u toku obdanice nego u toku noći. Na većim visinama razlika je drastičnija – na visini od 600 km gustina atmosfere je 6–8 puta veća u toku obdanice nego u toku noći.
Egzosfera predstavlja granicu sa međuplanetarnim prostorom. Uglavnom se sastoji od vodonika i helijuma, a čestice su međusobno toliko udaljene da mogu preći stotine kilometara a da se ne sudare jedna sa drugom. Pošto se čestice retko sudaraju, atmosfera se više ne ponaša kao fluid.
Sastav i masa atmosfere
Atmosfera je smeša gasova, a njen sastav varira na različitim visinama – sa povećanjem visine smanjuje se sadržaj kiseonika, a povećava sadržaj vodonika. Vazduh pri tlu sadrži i promenljivu količinu vodene pare – od 1% do 4%. Atmosfera se sastoji od sledećih gasova (podaci se odnose na zapreminski sastav suvog vazduha, iz kojeg je uklonjena sva vodena para):
• azot: 78,084%
• kiseonik: 20,946%
• argon: 0,934%
• ugljen-dioksid: 0,035%
• ostali gasovi (neon, helijum, metan, kripton, vodonik i dr.): 0,003%
Masa atmosfere je 5,15 × 1018 kg (svaki čovek „nosi” oko 40 kg atmosferine mase) i približno je raspodeljena: 50% do 5,6 km, 90% do 16 km, 99,99997% do 100 km visine od Zemljine površine. Gustina vazduha na nivou mora iznosi 1,2 kg/m3. Prosečna temperatura vazduha na površini Zemlje jeste 15 °C. Atmosferski pritisak na nivou mora iznosi 101,325 kPa, a na visini od 100 km, gde se nalazi Karmanova linija, pada na otprilike 1 Pa. Iznad te linije, izotropski pritisak vazduha brzo postaje beznačajan u poređenju sa radijacijskim pritiskom Sunca i dinamičkim pritiskom solarnog vetra, pa je teško objasniti definiciju pritiska.