Атмосфера је ваздушни омотач који обавија Земљу и заједно са њом учествује у њеним кретањима. Без ваздуха, Земља би била још једна мртва стеновита планета која се креће око Сунца. Атмосфера је огроман природни систем који трансформише, чува и преноси енергију из једног у други део Земље. Стални ветрови, олује, урагани, грмљавине, снежне олује, топлотни таласи и ваздушне масе укључени су у трансформацију и транспорт енергије.

Значај атмосфере је вишеструк:

• обезбеђује живом свету кисеоник, који је потребан за дисање, угљен-диоксид, који је потребан за фотосинтезу, и азот, који је неопходан за синтезу биљних беланчевина;
• штити нашу планету од претераног загревања у току дана и од хлађења у току ноћи. На тај начин атмосфера на површини Земље обезбеђује просечну температуру ваздуха од 14°С и омогућава опстанак живог света. Постојаност температуре ваздуха обезбеђују гасови као што су водена пара, угљен-диоксид, метан и озон. Да нема њих, просечна температура ваздуха на Земљи била би –18°С;
• омогућава кружење воде у природи. Зраци Сунца пролазе кроз атмосферу и загревају површину Земље, што доводи до испаравања воде. Уколико не би било атмосфере, не би било ни воде, а самим тим ни живог света. Водена пара је атмосферски гас и главна компонента овог циклуса; – уз помоћ кисеоника из ваздуха омогућава процес сагоревања и производњу енергије;
• штити нас од штетног зрачења које долази са Сунца. Озон упија највећи део опасних Сунчевих ултраљубичастих зрака. У супротном, не би било органског живота на Земљи. Мала количина ултраљубичастих зрака која ипак доспе на Земљу има санитарно дејство по живи свет, јер уништава многе штетне бактерије;
• штити Земљу од удара великих метеорита.

Проучавањем процеса и појава у атмосфери баве се две науке. Метеорологија је наука која изучава физичке процесе у атмосфери који утичу на формирање и промену времена. Климатологија је део физичке географије који изучава климу, факторе настанка климатских типова на Земљи, њихово географско распрострањење и климатске промене.

Хемијски састав атмосфере сталан је у првих 60 km изнад површине Земље. Ваздух се претежно састоји од азота, кисеоника и аргона. Ова три гаса чине чак 99,96% укупне запремине ваздуха. Ваздух садржи и мале количине других гасова као што су СО₂, неон, хелијум, метан, криптон, водоник, озон и др. У састав ваздуха улазе и гасови који су пореклом са Земљине површине – амонијак, азот-диоксид, сумпор-диоксид, сумпор-водоник и др.

Азот је претежно неактиван гас. Изузетно је значајан у биосфери – за синтезу протеина у биљкама. Кисеоник, друга најзаступљенија компонента у атмосфери, највећим делом је биолошког порекла. Потиче из процеса фотосинтезе, а највећи произвођачи су сувоземне биљке, посебно шуме, затим алге које живе у води и фитопланктони са водених површина. Кисеоник је гас без боје, укуса и мириса, не гори (али потпомаже горење) и није отрован.

Угљен-диоксид се, као и кисеоник, непрекидно троши и ствара. То је нормалан састојак ваздуха у који доспева као последица сагоревања, дисања, ферментације и међусобног дејства минерала у земљи. Угљен-диоксид је неопходан за процес фотосинтезе у биљкама, а самим тим и за кружење материја у природи. Иако представља само 0,034% атмосфере, он игра изузетно важну улогу у контроли климе и неопходан је за живот. Угљен-диоксид упија топлоту и служи као изолатор који контролише температуре ваздуха у близини површине Земље. Повећање садржаја СО₂ у атмосфери доприноси глобалном загревању површине Земље, а тиме и климатским променама.

Водене паре има свуда у ваздуху, а њен садржај варира од 0% до 4%. Вода испарава са водених површина, влажног земљишта, из капљица које образују облаке, из капи кише које не стигну до површине Земље.

Осим гасова и водене паре, ваздух садржи и чврсте честице које се називају аеросоли. Оне су најчешће пореклом из индустрије и саобраћаја. Те честице веома су мале и падају споро, тако да дуго остају у ваздуху. Већина честица доспе на површину Земље ношена кишом или снегом. Честице у ваздуху настају и услед природних појава као што су вулканске ерупције и пожари изазвани муњама (пепео, прашина, дим). Јаки ветрови односе песак и прашину на велике удаљености, па није редак случај да у Европи и Северној Америци пада прашина пореклом из Сахаре. Ваздух такође садржи полен и споре које стварају биљке, као и гљиве и бактерије.

Атмосфера се простире изнад копна и мора, али се не завршава нагло према свемиру. Граница до које људи активно користе атмосферу налази се на висини од 100 km изнад Земље. Ваздух је на тој висини толико редак да путнички авиони не могу да лете. Због тога се летови изнад наведене границе сматрају свемирским. Граница атмосфере и безваздушног простора је на око 10.000 km изнад Земље.

Атмосфера има различита својства на различитим надморским висинама. Са удаљавањем од Земље мењају се притисак, густина и температура ваздуха. Услед дејства Земљиног гравитационог поља, ваздух врши притисак на Земљину површину. Атмосферски притисак (ваздушни притисак) јесте директна последица тежине ваздуха. Просечни атмосферски притисак измерен на нивоу мора износи 1.013 mb. Са порастом висине опада притисак ваздуха, тако што се на сваких 6 km висине смањује за 50%. Густина ваздуха (број молекула који чине ваздух) такође опада са висином, јер гравитациона сила молекуле ваздуха привлачи ка центру Земље.

За разлику од промене притиска и густине, промене температуре ваздуха нису правилне. Подела атмосфере на слојеве заснована је на томе како се температура у том слоју мења са надморском висином. У неким слојевима температура се повећава са повећањем висине, а у другима се смањује.

Ваздух се у тропосфери креће вертикално и хоризонтално и непрестано се меша. Ово мешање доводи до сталне промене времена, па авиони, када лете кроз тропосферу, често подлежу јаким турбуленцијама. Да би избегли турбуленције, они углавном лете у доњим деловима стратосфере.

Временске прилике везују се управо за тропосферу. У њој се, захваљујући присуству водене паре, образују магле, облаци, падавине и друге појаве које утичу на временске прилике и живот на Земљи. Земљина површина главни је извор топлоте у тропосфери, јер се атмосфера не загрева директно од Сунца. Највећи део Сунчеве топлоте троши се на загревање Земљине површине, која испушта топлоту назад у ваздух и на тај начин загрева тропосферу. Температура ваздуха у тропосфери највећа је у близини површине Земље, а опада са порастом надморске висине, тако да на граници са стратосфером износи од –50°С (изнад полова) до –80°С (изнад екватора).

На врху тропосфере је танак слој који се назива тропопауза. Температура се у тропопаузи не мења са висином. То значи да је хладнији, густи ваздух тропосфере заробљен испод топлијег, мање густог ваздуха стратосфере. Тако је тропопауза баријера која спречава прелазак ваздуха из тропосфере у стратосферу.

Стратосфера је други слој атмосфере, до висине од 50 km. Када вулкан избацује честице прашине у стратосферу, оне тамо остају заробљене годинама. То је зато што је мало мешање ваздуха између стратосфере и тропосфере.

Температура ваздуха у стратосфери стабилна је све до око 20 km висине, а онда расте због апсорпције ултраљубичастог зрачења. За разлику од тропосфере, ваздух у стратосфери је стабилан јер се топлији, мање густ ваздух налази изнад хладнијег, густог ваздуха. Као резултат тога, мало је мешања ваздуха унутар слоја.

Стратосфера је значајна по томе што садржи озон, гас који се налази у слоју на надморској висини од 15 km до 30 km. Дебљина озонског слоја варира. Kоличина О₃ у озонском омотачу веома је мала – неколико молекула О₃ на милион молекула ваздуха. Међутим, концентрација озона много је већа у озонском омотачу него у остатку атмосфере. Озонски омотач изузетно је важан, јер озон упија већину штетног ултраљубичастог зрачења. Када ултраљубичасто зрачење пролази кроз озонски омотач, оно раздваја молекул озона (О₃) у један молекул кисеоника (О₂) и један атом кисеоника (О). Овај процес апсорбује штетне ултраљубичасте зраке Сунца. Озон се такође обнавља у озонском слоју тако што се поново успоставља веза између атома кисеоника и молекула О₂. У природним околностима, исте количине озона стално се стварају и уништавају, па тако количина озона у озонском слоју остаје непромењена.

Границу између стратосфере и слоја изнад, тј. мезосфере, чини стратопауза.

Изнад стратосфере је мезосфера, која се пружа до висине од 80 km изнад Земље. У мезосфери температуре ваздуха опадају и у горњем делу слоја износе око –90°С. Ваздух је веома разређен, а притисак веома низак. Упркос разређеном ваздуху, у мезосфери има довољно гасова да метеороиди при уласку у атмосферу сагоревају и постају видљиви.

У термосфери, услед јаког деловања Сунчеве топлоте на веома редак ваздух, температуре достижу до 1.500°С. За термосферу карактеристична је појава поларне светлости – светлосног феномена који настаје међусобним деловањем честица енергије (електрона и протона) који долазе изван атмосфере са атомима из виших слојева атмосфере. Такво садејство јавља се у зонама које окружују Земљине магнетне полове. Током периода јаке Сунчеве активности, поларна светлост се повремено проширује и на умерене географске ширине.

Егзосфера је највиши, најистуренији слој атмосфере који се постепено спаја са вакуумом Сунчеве атмосфере. То значи да Земљина атмосфера нема јасну горњу границу.

Мезосферу, термосферу и егзосферу повезује заједнички слој – јоносфера. Она обухвата термосферу и део мезосфере и егзосфере, од око 60 km до 1.000 km висине. То је део Земљине атмосфере у коме је број јона или наелектрисаних честица довољно велики да утиче на ширење радио-таласа. Јонизацију изазива Сунчево зрачење. Јоносфера је одговорна за простирање радио-таласа на велике даљине.