Zemskou atmosféru rozdělujeme podle různých hledisek do řady vrstev:

1. Podle průběhu teploty vzduchu s nadmořskou výškou se rozlišuje:
   • Troposféra (0-18km) je v polárních oblastech vlivem zemské rotace zploštělá. Obsahuje prakticky všechnu atmosférickou vodu a probíhá v ní většina povětrnostních procesů a dějů – počasí. Teplota s výškou klesá o 0,65°C/100m.
   • Stratosféra (18-50km) - teplota se s výškou krom horní části, kde stoupá o 0,3°C/100m, prakticky nemění.
   • Mezosféra (50-80km) se vyznačuje silným poklesem teploty vzduchu s přibývající výškou – v horní části dosahuje teplota až -100°C.
   • Termosféra (80-450km) - teplota vlivem pohlcování slunečního záření atomy a molekulami plynů dosahuje až stovek °C. Vzhledem k nepatrné hustotě vzduchu však tuto teplotu nelze měřit běžnými metodami.
   • Exosféra (od 450km) - vnější vrstva atmosféry, ze které lehké plyny unikají do okolního meziplanetárního prostoru. Přechod mezi exosférou a meziplanetárním prostorem je velice plynulý, proto se neurčuje vrchní hranice.


2. Podle chemického složení vzduchu:
   • Homosféra – vrstva atmosféry, v níž se složení vzduchu v důsledku jeho intenzivního vertikálního promíchávání s přibývající výškou prakticky nemění.
   • Heterosféra – intenzita vertikálního promíchávání vzduchu slábne a s přibývající výškou ubývá těžších plynů.


3. Podle koncentrace atmosférických iontů a volných elektronů:
   • Neutrosféra (0-65km) je vrstva s minimálním výskytem iontů a volných elektronů.
   • Ionosféra je množství atmosférických vrstev a velkou koncentrací iontů a volných elektronů, které se projevují odrážením některých frekvencí rádiových vln.


4. Podle ovlivnění spodních vrstev atmosféry zemským povrchem:
   • Mezní vrstva atmosféry (do výšky 0,1-2 km), zde je průběh meteorologických prvků ovlivněn třením proudícího vzduchu o zemský povrch.
   • Volná atmosféra – vliv tření o zemský povrch je zanedbatelný.