Lớp dày nhất của khí quyển là tầng đối lưu, cao trung bình 11 dặm ở xích đạo và mỏng hơn ở các cực. Tất cả thời tiết xảy ra trong lớp này, và tầng đối lưu chứa gần 80% không khí trong bầu khí quyển của Trái đất. Phía trên tầng đối lưu, theo thứ tự tăng dần, là tầng bình lưu, trung quyển, nhiệt khí quyển và ngoại quyển.
Tầng bình lưu dày khoảng 20 dặm và chứa 19% không khí của Trái đất. Tầng ôzôn tồn tại ở tầng bình lưu. Phần trên của tầng bình lưu ấm hơn phần dưới vì lớp này chặn tia cực tím.
Nhiệt độ trung bình của tầng trung bình là âm 180 độ F. Lớp này kéo dài đến khoảng 52 dặm so với bề mặt và đây là nơi hầu hết các thiên thạch bốc hơi ở phần trên của khí quyển.
Khí quyển, hay tầng điện ly, rất ấm do hấp thụ nhiệt. Tuy nhiên, con người sẽ cảm thấy lạnh trong lớp mỏng này vì không có nhiều không khí trong khí quyển. Khi các hạt ion hóa tương tác với khí quyển, Bắc Cực quang xuất hiện. Lớp này cao tới 375 dặm so với bề mặt.
Lớp ngoài cùng là ngoại quyển, là nơi các hạt khí thoát ra ngoài không gian. Tùy thuộc vào điều kiện mặt trời, ngoại quyển mở rộng ra bên ngoài từ 620 dặm đến hơn 6.200 dặm.
