Her katman kendine özgü bir sıcaklık gradyanına sahip olduğundan atmosfer dört katmana ayrılmıştır. Atmosferin dört katmanı troposfer, stratosfer, mezosfer ve termosferdir. Bazen, troposfer alt atmosfer olarak adlandırılır ve termosfer, üst atmosfer olarak bilinir, stratosfer ve mezosfer birlikte orta atmosfer olarak gruplanır.
Troposfer, güneşin dünyadaki ısınmasının yansıması nedeniyle, insanların soluduğu, nefes alabilen hava ve genellikle rahat sıcaklıklarla yaşadıkları atmosferin tabakasıdır. Havanın oluştuğu yer olan bu katman, dünya yüzeyinde başlar ve kutuplarda yaklaşık 4 mil ve ekvatorda yaklaşık 11 mil uzanır. Stratosfer, dünya yüzeyinden yaklaşık 30 ila 35 mil yukarıda uzanır; bu uçakların genellikle üzerinden geçtiği katmandır. Stratosfer, güneş ışığındaki zararlı ultraviyole radyasyonunun çoğunu emen ozon tabakasını içerir. Mezosferde, sıcaklıklar sert bir şekilde düşer ve -120 derece Fahrenheit kadar düşük bir noktaya ulaşır. Mezosfer dünyanın yaklaşık 35 ila 50 mil yukarısında uzanır. Termosfer, dünya yüzeyinin 400 mil yukarısına kadar uzanır; Teknik olarak hava molekülleri içermesine rağmen, nefes alabilir hava olmayacak kadar uzaktadırlar. Bu, Uluslararası Uzay İstasyonu'nun faaliyet gösterdiği katmandır.
