根據大氣在垂直方向上的物理性質不同，我們可以把大氣分層。如按大氣的溫度情況來分層，可以把大氣分為五層，就是對流層、中流層、中間層、暖層和散逸層。

　　對流層是貼近地面且最低的一層，它與人類關係最密切。雲、霧、雨、雪等主要天氣現象都出現在這一層。

　　對流層內氣溫隨高度的升高而降低。這是由於對流層是吸收地面的熱量。地面吸收了太陽輻射的熱量，同時它又向大氣輻射熱量，使上空的空氣變熱。所以越靠近地面，空氣越熱;離地面遠的空氣，受熱就少;對流層頂溫度最低。對流層中氣溫隨高度而降低的數值，在不同地區、不同季節、不同高度是有區別的。平均而言，每上升100米，氣溫下降約0.65℃。赤道地區對流層溫度比極區低，冬季又比夏季低。

　　由於對流層的空氣，下面熱，上面冷，“頭重腳輕”，空氣很不穩定，形成了對流。對流運動的強度隨緯度和季節的變化而變化。一般說緯度越高，對流強度越弱。夏季要比冬季強。由於對流強度的不同又導致了對流層厚度的不同，從地理分佈上，赤道向兩極減小。在低緯度地區平均為17～18公里，在中緯度地區為10～12公里，在高緯度地區為8～9公里。但從時間上，夏季較厚，冬季較薄，尤其是中緯度地區，特別明顯(見下表)。

　　緯度

　　北極

　　60°N

　　45°N

　　赤道

　　季節

　　1月

　　8.5

　　9

　　12.9

　　17.7

　　7月

　　8.9

　　10

　　14.5

　　16

　　平均

　　8.7

　　9.5

　　13.7

　　16.85

　　對流層同大氣的總厚度相比，顯得十分渺小。它還不及整個大氣厚度的1%。但是，它卻集中了整個大氣3/4的質量和幾乎全部的水汽。對流的結果又使得高、低層空氣均勻混合，使近地面的熱量、水汽、雜質往上輸送，從而引起了各種天氣活動。

　　對流層厚度隨緯度和季節的變化(公里)：在對流層和平流層之間，有一個厚度為數百米到1～2公里的地渡層，稱為對流層頂。在對流層頂裡，溫度隨高度的增加降低得很慢，或者幾乎為等溫。對流層頂的氣溫隨緯度變化很大。在低緯地區平均為-83℃，在高緯地區平均為-53℃。對流層頂阻擋了上升的氣流，聚集了上升的水汽、塵粒，所以它的能見度很差。

大氣各層的溫度之所以不同，是因為它們獲得的熱量來源不同。

地表附近的對流層，其溫度是隨著高度的增高而降低。這是因為對流層大氣的熱量來源於地面輻射供給的熱量， 離地面越高，大氣獲得地面供給的熱量越少，溫度就越低，平均每升高100米，溫度下降0。6度。

對流層上的平流層，已經離地面很高了，地面輻射的熱量已經無法送到這層大氣了，它的熱量來源於平流層大氣中臭氧吸收太陽輻射中的紫外線增溫的，而且臭氧分子的數量在平流層中會隨著高度的增加而增加，所以平流層中的大氣溫度是越高越熱的。大氣最外界是高層大氣，它是靠直接吸收太陽輻射而增溫的。