地球的大气层是环绕地球、由引力维系的气体与悬浮颗粒构成的包层。其下部通常称为空气，提供生命所必需的气体，也是天气发生的环境。大气还影响气候，吸收大量入射的高能太阳辐射，并与地表交换热量和水分。大气随高度增加而逐渐稀薄，并没有界限分明的终点。(noaa.gov)
组成
按体积计算，近地表的干空气约含78.08%的氮气、20.95%的氧气和0.93%的氩气。其余为微量气体，包括二氧化碳、氖气、氦气、甲烷和一氧化二氮。“干空气”不包含水蒸气：大气中的气态水含量变化很大，在极干燥的条件下几乎为零，而在温暖潮湿的热带空气中，体积分数可达约4%。因此，湿空气中其他气体的百分比低于其在干空气中的数值。(noaa.gov)
一种成分的重要性并不只取决于其含量。氮气和氧气在空气中占主导地位，但含量相对较少的气体也会对辐射和大气化学产生显著影响。水蒸气、二氧化碳和甲烷都是温室气体。悬浮的固体颗粒和液滴统称为气溶胶，也会改变大气与辐射的相互作用。它们的来源包括火山喷发、野火，以及燃料燃烧等人类活动。(science.nasa.gov)
气压与垂直结构
大气压反映了某一地点上方空气的重量。随着高度增加，上方剩余的空气越来越少，因此气压和空气密度通常都会降低。标准海平面气压为101,325帕斯卡，相当于1,013.25百帕。这是一个参考值，并非各地实际观测到的恒定值：实际气压随海拔和气象条件而变化。大气质量约有一半集中在约5.5千米的高度以下。(noaa.gov)
通常根据温度随高度的变化，将大气划分为若干层。各层的边界随地理位置和时间而变化，以下高度均为近似值。(noaa.gov)
- 对流层： 最低的一层，从地表延伸至约6—20千米高处，其上界在两极附近较低，在热带较高。温度通常随高度增加而降低。大部分大气质量以及几乎所有常见的天气现象都集中在这一层。
- 平流层： 这一层向上延伸至约50千米。由于臭氧吸收紫外线辐射，温度随高度增加而升高。其相对稳定的层结限制了垂直混合。
- 中间层： 位于约50—85千米的高度范围内，温度再次随高度增加而降低。其上界称为中间层顶，是大气中最寒冷的区域之一。
- 热层： 在约85千米以上，吸收高能太阳辐射使温度随高度增加而升高。这里的高温描述的是粒子的运动，而非稠密空气所具有的加热能力，因为此处的气体极为稀薄。
- 外逸层： 这一稀薄的最外层区域始于约600千米高处，逐渐过渡到太空，部分粒子会从中逸出。(noaa.gov)
电离层采用另一种划分标准，其界定依据是自由电子的存在，而非温度变化趋势。它的电学性质影响无线电波的传播，其结构则随太阳辐射和地磁条件而变化。(ngdc.noaa.gov)
环流与水分
太阳对地球各处的加热不均驱动了大气运动。热带地区获得的太阳加热多于极地，大气和海洋会重新分配这些能量。暖空气上升、较冷空气下沉以及水平风都参与了这一输送过程。地球自转通过科里奥利效应改变空气的运动，使其形成大尺度的环流格局，而不是简单地从赤道流向两极。(science.nasa.gov)
在简化的描述中，每个半球都有哈德莱环流圈、费雷尔环流圈和极地环流圈。这些环流格局有助于解释信风、中纬度西风，以及大范围的空气上升带或下沉带。高空中狭窄的强风带称为急流，与这些环流有关，并影响天气系统的移动。实际环流比这一理想化格局更加多变。(prod-01-alb-www-noaa.woc.noaa.gov)
大气输送也是水循环不可或缺的一环。蒸发将水和能量从地表转移到空气中，凝结和降水则使水返回地表。这些过程将大气环流与降雨及热量的重新分配联系起来。(science.nasa.gov)
辐射与环境变化
大气通过吸收、反射和透射电磁辐射，参与决定地球能量收支。云和颗粒物反射部分入射阳光，其余部分则被地表和大气吸收。地球以热红外辐射的形式释放能量。温室气体吸收并发射红外辐射，其中包括朝向地表的辐射，由此产生自然的温室效应。(science.nasa.gov)
不同的大气成分与不同波长的辐射相互作用。平流层臭氧吸收紫外线辐射，而温室气体则对向外发出的红外辐射产生显著影响。因此，气体浓度和气溶胶含量的变化能够改变地球的辐射平衡。人类活动，尤其是燃烧化石燃料，会提高温室气体浓度，并促成气候变化。(noaa.gov)
地质演化
在漫长的地质历史中，地球大气发生了显著变化。早期环境受到猛烈撞击和火山气体的影响；后来的大气则伴随地表冷却和海洋形成而演化。此后，生物过程改变了大气的组成，因此大气并非行星形成时留下的、始终不变的产物。(science.nasa.gov)
产氧光合作用，尤其是蓝细菌进行的光合作用，是这一转变的关键。地质证据表明，大气氧含量在约24亿年前曾大幅上升，这被称为“大氧化事件”；不过，在氧气广泛积累之前，产氧过程和局部富氧环境就已存在。大气至今仍与碳循环相联系，通过生物活动和地质过程，与生物、海洋和岩石交换碳。(astrobiology.nasa.gov)