按热力学垂直分布对大气分层，可以分为以下几层：对流层：是大气的最低层。

其厚度随纬度和季节而变化，在赤道附近为17至18千米，在中纬度地区为10至12千米，高纬度为8至9千米，夏季较厚，冬季较薄；平流层：是从对流顶层到约55千米的大气层。

这里气流呈水平运动，25千米以下温度随高度变化较小，气温趋于稳定，所以又称同温层。

25千米以上，温度随高度升高而升高，在高约10至60千米范围内，有厚约20千米的臭氧层；中间层：从平流顶层到距地面85千米的高度称为中间层。

这一层空气更为稀薄，温度随高度增加而降低，这里也是电离层的底部，平均温度在负93摄氏度；热层：从中间顶层到约600千米称为热层。

顶部温度可达1000开氏度，电离层的中上部都在这里，这里平均温度在1727摄氏度；逃逸层：600千米以上叫逃逸层又称外大气层。

它的边界可达6400千米，温度可达数千开氏度，这里有极光和流星。