Atmosfer, kendini ısı farklılıklarıyla gösteren çeşitli bölümlere ayrılır. Bunların en altta, yeryüzüne en yakın olanına troposfer denir. Troposferin bir sonraki katman olan stratosfere kadar yüksekliği kutuplarda 7-8 km’yi, Ekvator’da ise 16-17 km’yi bulur. En önemli özelliği yüksek ölçüde su buharı içermesi ve içinde havanın yatay olduğu kadar düşey hareketler de yapmasıdır. Yükseğe çıkıldıkça ısı da düşer; bu düşüş stratosfere kadar sürer. Bu katmandaki ısı Ekvator’da –80 dereceyken kutuplarda –55 derece dolayındadır.
Atmosfer tüm hava dolaşımı, bulutlar ve fırtınalar, kısacası meteorolojik olayların hepsi troposferde, yani en çok 8-13 km’ler arasında olur.
Troposferden sonra stratosfer gelir. O da ortalama 11-50 km’ler arasında yer alır. Sıcaklık troposfer ile stratosfer arasındaki bölgede –55 ile –80 derece arasında değişirken, stratosferin üst bölümlerinde +50 dereceye kadar çıkar. Bunun nedeni morötesi ışınların bu bölgede emilmesidir. Ozon katmanının oluşması da zaten bu sürecin bir sonucudur. Yeryüzünde yaşam için gerekli olan ozon, stratosferin bu üst katmanlarında üretilir. Stratosferde gözlenen ısı değişmelerinin ise mevsimlere bağlı olduğu belirlenmiştir.
Stratosferden sonraki bölüme mezosfer adı verilir, o da 80 km yükseğe kadar çıkar. Mezosferde ısı yeniden –80 ile –130 dereceye kadar düşer. 80 km’den 1.000 km’ye kadar olan bölüme iyonosfer adı verilir. Burada ısı gene belirgin bir biçimde artar. Gündüz ya da gece olmasına göre 600 km yükseklikte 1.000 ile 2.500 derece sıcaklıklar vardır. Adından da anlaşıldığı gibi, atmosferdeki gazlar bu katmanda düzenli bir iyonlaşma süreci içindedir; iyonlaşma daha yüksek bölgelerde daha da yoğunlaşır.
Ekzosfer ise atmosferin son katmanını oluşturur. Burada artık belirgin bir sınır olmadan boşluğa geçiş vardır.