पृथ्वी का वायुमंडल, यह आवश्यक गैसीय परत जो ग्रह को घेरे हुए है, पाँच अलग-अलग क्षेत्रों में संरचित है: क्षोभमंडल, समताप मंडल, मध्यमंडल, तापमंडल और बहिर्मंडल। ये परतें मिलकर ग्रह के तापीय संतुलन को बनाए रखने, उल्कापिंडों के प्रभावों से बचाने और पराबैंगनी विकिरण को फ़िल्टर करने का काम करती हैं। इनके बीच मुख्य अंतर ऊंचाई और तापमान में भिन्नता है, जो परतों के साथ गिरावट, वृद्धि, गिरावट और नई वृद्धि के पैटर्न का अनुसरण करता है, और प्रत्येक अस्तित्व के लिए महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।
क्षोभमंडल सतह के सबसे करीब की परत है, जहाँ जीवन विकसित होता है। इसकी मोटाई अक्षांश और वर्ष के मौसम के अनुसार बदलती रहती है, जो 0 से 12-18 किमी के बीच स्थित होती है। इसमें कुल वायुमंडलीय द्रव्यमान का लगभग 80% और लगभग सारा जल वाष्प समाहित होता है। तूफान, हवाएं और बारिश जैसी मौसमी घटनाएं इस क्षेत्र में संवहन और जल वाष्प के कारण होती हैं। यह हेलीकॉप्टरों का मार्ग और अधिकांश वाणिज्यिक विमानों की उड़ान का बिंदु भी है, हालांकि सबसे ऊँची ऊँचाइयों पर तापमान -60°C तक गिर सकता है।
क्षोभमंडल के ऊपर, लगभग 8 किमी से शुरू होकर लगभग 18 किमी तक, समताप मंडल स्थित है। इसका सबसे उल्लेखनीय कार्य ओजोन परत की उपस्थिति है, जो 15 से 35 किमी के बीच स्थित है, जो सौर पराबैंगनी विकिरण का एक बड़ा हिस्सा अवशोषित करती है, विशेष रूप से सभी UV-C और लगभग सभी UV-B, जो जीवित प्राणियों के लिए सबसे हानिकारक हैं। इस अवशोषण के कारण, समताप मंडल में ऊंचाई बढ़ने के साथ तापमान बढ़ता है, जो क्षोभमंडल के विपरीत है; इसका आधार लगभग -60°C दर्ज करता है और शीर्ष पर 0°C तक पहुंच सकता है। यह तापीय स्थिरता हवा की कम ऊर्ध्वाधर धाराओं के परिणामस्वरूप होती है।
मध्यमंडल, जो 50 किमी से 80 किमी की ऊंचाई के बीच स्थित है, ग्रह की रक्षा के लिए महत्वपूर्ण है। इसी स्तर पर अनगिनत उल्कापिंड उच्च गति से वायुमंडल में प्रवेश करते समय विघटित हो जाते हैं, हवा के साथ घर्षण और संपीड़न के कारण वाष्पीकृत या जल जाते हैं। मध्यमंडल सबसे ठंडी परत है, जिसका शिखर तापमान लगभग -90°C से -100°C तक पहुँच जाता है। इसके अलावा, मध्यमंडल में दुर्लभ नॉक्टिल्यूसेंट बादल दिखाई देते हैं, जो बर्फ के क्रिस्टल से बने होते हैं और केवल गोधूलि के दौरान दिखाई देते हैं।
85 किमी से 600 किमी के बीच ऊपर की ओर, तापमंडल स्थित है, जिसकी विशेषता अत्यंत विरल हवा है। यह परत शानदार घटनाओं का मंच है, जैसे उत्तरी गोलार्ध में अरोरा बोरेलिस और दक्षिणी गोलार्ध में अरोरा ऑस्ट्रेलिस। अरोरा सौर हवा के आवेशित कणों के ऑक्सीजन और नाइट्रोजन परमाणुओं और अणुओं से टकराने से उत्पन्न होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप प्रकाश का उत्सर्जन होता है। तापमंडल में आयनोस्फीयर भी शामिल है, जो 60 से 1,000 किमी की ऊंचाई तक फैला हुआ है। आयनों से आवेशित होने के कारण, यह रेडियो तरंगों के प्रसारण और रिसेप्शन के लिए मौलिक है, जिसमें कई उपग्रह निम्न कक्षा में और अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन (ISS) शामिल हैं। हालांकि तापमान (कणों की उत्तेजना के कारण) 1,000°C तक पहुंच सकता है, ऊर्जा हस्तांतरण के लिए कणों की कमी के कारण गर्मी महसूस नहीं होगी।
वायुमंडल और अंतरिक्ष के बीच कोई परिभाषित सीमा नहीं है; हवा धीरे-धीरे अधिक विरल हो जाती है जब तक कि वह अंतरग्रहीय माध्यम के साथ मिश्रित नहीं हो जाती। परंपरा के अनुसार, अंतर्राष्ट्रीय हवाई परिवहन संघ (FAI) कारमैन रेखा को 100 किमी की ऊंचाई पर वायुमंडल और अंतरिक्ष के बीच की सीमा के रूप में स्थापित करता है। इस मान का एक भौतिक आधार है, क्योंकि इस ऊंचाई पर हवा का घनत्व इतना कम होता है कि एक विमान को लिफ्ट उत्पन्न करने के लिए कक्षीय वेग से ऊपर उड़ना होगा, जो अव्यावहारिक है। दिलचस्प बात यह है कि यह रेखा तापमंडल के बीच में स्थित है, न कि बहिर्मंडल में। इस प्रकार, वायुमंडल 'अंतरिक्ष' नामक बिंदु से बहुत आगे तक जारी रहता है, और इसी संक्रमण क्षेत्र में बहिर्मंडल स्थित है।
बहिर्मंडल 600 किमी से 10 हजार किमी की ऊंचाई तक फैला हुआ है। इस क्षेत्र में, जहां हवा इतनी बिखरी हुई है कि यह अंतरिक्ष के निर्वात के समान लगती है, कुछ उपग्रह घूमते हैं। तापमंडल की तरह, कणों की उत्तेजना के कारण तापमान अधिक होता है, लेकिन महसूस होने वाला तापमान ठंडा होता है। बहिर्मंडल वास्तव में पृथ्वी से संबंधित और विशाल ब्रह्मांड के बीच संक्रमण क्षेत्र का प्रतिनिधित्व करता है।