大气按气温垂直分布分为五层：一、对流层（0–12 km），温度随高度升高而降低，集中75%大气质量和全部水汽；二、平流层（12–55 km），温度随高度升高而升高，含臭氧层；三、中间层（55–85 km），温度持续下降，顶部约-90℃；四、热层（85–600 km），气体稀薄但分子动能高，含电离层；五、散逸层（600 km起），气体逐渐逃逸至太空。
如果您查阅大气结构相关资料，发现对分层数量表述不一，则可能是由于划分依据不同所致。以下是依据气温垂直分布特征这一最常用标准所确立的大气层结构说明：
一、对流层
对流层是紧贴地表的第一层，也是人类活动与天气现象发生的主要区域。其温度随高度升高而降低，平均每上升100米降温0.65℃，集中了约75%的大气质量和几乎全部水汽。
1、从地面起算，平均厚度约为12公里，赤道地区可达15公里，高纬度地区约8公里。
2、该层内空气垂直对流强烈，云、雨、雪、雷电等天气过程均在此发生。
3、人类排放的污染物绝大多数滞留于对流层，尤其集中在近地面1–2公里范围内。
二、平流层
平流层位于对流层顶之上，延伸至约50–55公里高度，以水平气流为主，大气稳定，适合高空飞行。其温度变化趋势与对流层相反，呈现随高度升高而升高的特征。
1、在20–30公里高度区间存在臭氧层，臭氧分子吸收太阳紫外线辐射，导致该区域升温。
2、平流层底部温度约-55℃，顶部可升至-3℃以上。
3、臭氧层虽属平流层的一部分，但具有独立功能——屏蔽99%以上的有害短波紫外线。
三、中间层
中间层位于平流层顶至约85公里高度，是大气中温度最低的一层，空气密度进一步下降，仍保留一定垂直运动能力。
1、温度随高度升高而持续下降，顶部（中间层顶）温度可低至约-90℃。
2、该层顶部常出现夜光云，是大气中已观测到的最高云系。
3、中间层无臭氧富集，也缺乏足够气体分子维持显著电离，故不具备紫外线防护或无线电反射功能。
四、热层（暖层/电离层主体）
热层自中间层顶向上延伸至约600公里，空气极度稀薄，但单个气体分子动能极高，实测温度可达上千摄氏度；该层包含电离层主要部分，对远距离无线电通信至关重要。
1、太阳极紫外辐射使氧、氮等原子大量电离，形成自由电子和离子。
2、电离层反射特定频段无线电波，使超视距通信成为可能。
3、热层温度数值不能等同于物体实际感受到的热量，因气体密度极低，热量传递效率近乎为零。
五、散逸层（外层/逃逸层）
散逸层是大气最外缘，自约600公里起向外过渡至行星际空间，无明确上界，大气成分逐渐脱离地球引力束缚而逃逸。
1、氢、氦等轻质气体分子在此层获得足够热运动速度后，可突破地球逃逸速度进入太空。
2、人造卫星轨道多位于此层下部，但受残余大气阻力影响，需定期轨道维持。
3、散逸层与外层空间之间不存在物理边界，国际通行以100公里卡门线作为大气层与太空的分界参考。
