L'atmosfera è un involucro gassoso che avvolge un corpo celeste, la cui composizione, struttura e dinamica esercitano una funzione rilevante sulla morfologia della superficie, a causa del costante scambio di proprietà tra superficie del pianeta ed atmosfera sovrastante.
L'atmosfera della Terra, a causa del continuo rimescolarsi di masse d'aria in seguito a moti verticali e turbolenti, ha una composizione costante fino alla quota di ca 100 km, almeno per quanto riguarda i gas componenti principali ( ossigeno, azoto, argo, anidride carbonica): l'azoto è presente con il 78,08 % in volume, l'ossigeno con il 20,95%, l'argo con lo 0,95%, mentre l'anidride carbonica ha una concentrazione di 330 ppm.
Il vapore d'acqua è presente in percentuale più alta fino al 4%, ma la sua concentrazione dipende fortemente dalla quota e da altre condizioni.
Insieme ai citati, sono presenti altri gas la cui concentrazione dipende in generale da vari processi fisici o chimici.Al di sopra dei 100 km i gas atmosferici si stratificano in base ai loro peso molecolare, per cui a quote più basse si trovano azoto ed ossigeno ed a quote più alte elio ed idrogeno.
A partire da 800 km le molecole di gas risentono assai poco del campo gravitazionale terrestre per cui descrivono traiettorie libere interagendo con le particene provenienti dallo spazio.
L'atmosfera, quindi, può essere considerata costituita da strati successivi di spessore e densità diversi.
L'atmosfera è composta dalla troposfera che si estende fino ad un'altitudine di circa 10 km dalla stratosfera fino a circa 40 km e dalla ionosfera che si estende almeno fino a 500 km e forse più sfumano impercettibilmente nello spazio interplanetario.
Lo spessore dei vari strati non è costante, ma varia a seconda della latitudine (massimo all'equatore, minimo ai poli) e la diversa densità da origine a continui scambi termici dall'alto verso il basso e viceversa.
Partendo dal suolo, lo strato medio dell'atmosfera può essere rappresentato da una zona di diminuzione costante della temperatura (ca 6,5° C/km) che si estende fino alla quota di 10-15 km; tale zona è nota come troposfera ed in essa è concentrata l'umidità e si verifica la maggior parte dei fenomeni meteorologici.
In questa fascia di temperatura va diminuendo con l'altezza fino a raggiungere i -55°C nella zona intermedia tra troposfera e stratosfera (tropopausa). Nella stratosfera i gas atmosferici tendono a stratificarsi in funzione del diverso peso molecolare, mentre la temperatura cresce da - 55°C a 0°C circa all'altezza di 50 km.
La parte superiore dell'atmosfera si divide in mesosfera (50-85 km di quota), termosfera (85-400 km di quota) ed esosfera (oltre 400 km di quota).
In relazione al fatto che oltre i 60 km di quota i gas atmosferici si presentano parzialmente ionizzati si parla di ionosfera, come pure si indica quella parte dell'atmosfera che presenta la massima concentrazione di ozono, ozonosfera. La diminuzione di temperatura determina tra l'altro una rapida caduta della concentrarlo ne di vapore d'acqua che in 2-3 km viene ridotto a livelli molto bassi. Nella troposfera si hanno scambi di calore e di masse d'aria piuttosto rapidi dovuti sia alla circolazione atmosferica a grande scala sia alla convezione.
La zona successiva, la tropopausa, segna il passaggio dalla zona di diminuzione della temperatura alla regione in cui questa aumenta con la quota; tale regione è indicata come stratosfera e si estende dalla tropopausa alla stratopausa (cioè fino ad una quota di 50 km ca).
In questa zona i moti turbolenti sono ridotti e predominano i moti verticali. L'andamento della temperatura della stratosfera è determinato principalmente dall'assorbimento di radiazione solare ultravioletta da parte dell'ozono: il massimo si ha attorno ai 50 km e coincide con il massimo di assorbimento. Al di sopra della stratopausa si estende la mesosfera, con temperatura che di nuovo diminuisce fino alla quota di 80-90 km, limite inferiore della mesopausa.
Mentre tra la tropopausa e la mesopausa la temperatura è determinata essenzialmente dal cosiddetto equilibrio radiativo, cioè dall'equilibrio fra assorbimento da parte dell'ozono e la perdita di energia per emissione infrarossa da parte dell'anidride carbonica e dell'ozono, al di sopra della mesopausa la densità atmosferica è così bassa che sono sufficienti assorbimenti di quantità minime di energia ( da parte sia dell'azoto che dell'ossigeno) per determinare aumenti molto forti di temperatura (che a 800 km di altitudine raggiunge i 2700 °C)
