Atmosfæren kan inddeles i fire forskellige lag, baseret på temperaturvariationen med højden: Troposfæren, Stratosfæren, Mesosfæren og Thermosfæren.

Det nederste lag tættest på Jorden kaldes Troposfæren. Ordet kommer fra Tropein, der betyder at vende eller ændre. Al jordens vejr foregår i Troposfæren og de fleste af de skyer man ser på himlen befinder sig i troposfæren. Troposfæren har en middelhøjde på 12 km over jordens overflade (ca 6-8 km i polaregnene og 16-18 km ved Ækvator) og indeholder mange forskellige gasarter, såsom Kuldioxid, Metan, vanddamp osv. En del af den varme der stråler ud fra Jorden bliver absorberet af disse gasser i Troposfæren, der efterfølgende udsender noget af varmen igen mod jordens overflade. Temperaturen i Troposfæren aftager generelt med højden op til Tropopausen, der er i toppen af Troposfæren ved ca. 200 millibar. Temperaturen er i middel 15 grader Celsius ved jordens overflade og -57 grader Celsius ved Tropopausen.

Tropopausen markerer overgangen til Stratosfæren og befinder sig i den højde hvor temperaturen ikke længere aftager med højden.

Stratosfæren strækker sig fra ca. 15 km til 50 km over jordens overflade og indeholder jordens ozonlag. Ozon molekylerne der er koncentreret i dette lag absorberer ultraviolet stråling fra solen og beskytter os dermed fra skadelig stråling fra solen.

Fra 50 til 80 km over jordens overflade finder vi den koldeste del af Atmosfæren, kaldet Mesosfæren.

Oven over Mesosfæren, har vi Thermosfæren, fra ca 80 til 280 km. Her begynder det at blive rigtigt varmt, med temperaturer op til flere tusinde grader Celcius.