Khớ quyển Trỏi Đất cú cấu trỳc phõn lớp, với cỏc tầng đặc trưng từ dưới lờn trờn như sau: Tầng Đối lưu, tầng Bỡnh lưu, tầng Trung quyển, tầng Nhiệt quyển và tầng Ngoại quyển (hỡnh 8).
Hỡnh 8. Cấu trỳc của khớ quyển theo chiều thảng đứng
Tầng Đối lưu (Troposphera) là tầng thấp nhất của khớ quyển chiếm khoảng 70% khối lượng khớ quyển, cú nhiệt độ thay đổi giảm dần từ + 400C ở lớp sỏt mặt đất tới - 500C ở trờn cao. Ranh giới trờn của tầng Đối lưu trong khoảng 7 - 8 km ở hai cực và 16 - 18 km ở vựng xớch đạo. Trong tầng này luụn cú chuyển động đối lưu của khối khụng khớ bị nung núng từ mặt đất nờn thành phần khớ quyển khỏ đồng nhất. Tầng Đối lưu là nơi tập trung nhiều nhất hơi nước, bụi và cỏc hiện tượng thời tiết chớnh như mõy, mưa, tuyết, mưa đỏ, bóo, v.v. Đỏnh dấu cho ranh giới của tầng Đối lưu và tầng Bỡnh lưu là một lớp cú chiều dày khoảng 1 km, ở đú cú sự chuyển đổi từ xu hướng giảm nhiệt theo chiều cao sang xu hướng tăng nhiệt độ khụng khớ khi lờn cao. Lớp này được gọi là Đối lưu hạn.
Tầng Bỡnh lưu (Stratosphera) nằm trờn tầng Đối lưu, với ranh giới trờn dao động trong khoảng độ cao 50 km. Nhiệt độ khụng khớ của tầng Bỡnh lưu cú xu hướng tăng dần theo chiều cao, từ - 560C ở phớa dưới lờn - 20C ở trờn cao. Khụng khớ tầng Bỡnh lưu loóng hơn, ớt chứa bụi và cỏc hiện tượng thời tiết. Ở độ cao khoảng 25 km trong tầng Bỡnh lưu, tồn tại một lớp khụng khớ giàu khớ ụzụn (O3) thường được gọi là tầng ụzụn. Tầng ụzụn cú chức năng như một lỏ chắn của khớ quyển, bảo vệ cho Trỏi Đất khỏi những ảnh hưởng độc hại của tia tử ngoại từ Mặt Trời chiếu xuống.
Tầng Trung quyển (Mesosphera) nằm ở bờn trờn tầng Bỡnh lưu cho đến độ cao 80 km. Nhiệt độ tầng này giảm dần theo độ cao, từ - 20C ở phớa dưới giảm xuống 920C ở lớp trờn. Tầng Trung quyển ngăn cỏch với tầng Bỡnh lưu bằng một lớp khụng khớ mỏng dày khoảng 1 km, ở đú sự biến thiờn nhiệt độ của khớ quyển chuyển từ dương sang õm gọi là Bỡnh lưu hạn.
Tầng Nhiệt quyển (Thermosphera) cú độ cao từ 80 km đến 500 km, ở đõy nhiệt độ khụng khớ cú xu hướng tăng dần theo độ cao, từ - 920C đến +12000C. Tuy nhiờn, nhiệt độ khụng khớ cũng thay đổi theo thời gian trong ngày, ban ngày thường rất cao và ban đờm thấp. Lớp chuyển tiếp giữa Trung quyển và Nhiệt quyển gọi là Trung quyển hạn.
Tầng Ngoại quyển (Exosphera) bắt đầu từ độ cao 500 km trở lờn. Do tỏc động của tia tử ngoại, cỏc phõn tử khụng khớ loóng trong tầng này bị phõn huỷ thành cỏc ion dẫn điện, cỏc điện tử tự do. Tầng này là nơi xuất hiện cực quang và phản xạ cỏc súng ngắn vụ tuyến. Nhiệt độ của tầng Ngoại quyển nhỡn chung cú xu hướng cao và thay đổi theo thời gian trong này. Thành phần khớ quyển trong tầng cú chứa nhiều cỏc ion nhẹ như He+, H+, O++. Giới hạn bờn ngoài của khớ quyển rất khú xỏc định, thụng thường người ta ước định vào khoảng từ 1000 - 2000 km.
Cấu trỳc tầng của khớ quyển được hỡnh thành do kết quả của lực hấp dẫn và nguồn phỏt sinh khớ từ bề mặt Trỏi Đất, cú tỏc động to lớn trong việc bảo vệ và duy trỡ sự sống Trỏi Đất. Thụng thường, trong tầng Đối lưu thành phần cỏc chất khớ chủ yếu tương đối ổn định, nhưng nồng độ CO2 và hơi nước dao động mạnh. Lượng hơi nước thay đổi theo thời tiết khớ hậu, từ 4% thể tớch vào mựa núng ẩm tới 0,4 % khi mựa khụ lạnh. Trong khụng khớ của tầng Đối lưu thường cú một lượng nhất định khớ SO2 và bụi. Trong tầng Bỡnh lưu luụn tồn tại một quỏ trỡnh hỡnh thành và phõn huỷ khớ ụzụn, dẫn tới việc xuất hiện một lớp ụzụn mỏng cú chiều dày vài cm. Hiện nay, do hoạt động của con người, lớp khớ ụzụn cú xu hướng mỏng dần, sự sống của con người và sinh vật trờn Trỏi Đất đang bị đe doạ.