在地球周围有一层厚厚的大气层。由于地球的引力作用，它紧紧地围绕着地球而不会逃逸，包围着海洋和陆地，厚度大约在1000Km以上，没有明显的界限，在离地表2000~16000Km的高空仍有稀薄的气体和基本粒子。从地球的表面开始向上分为对流层、平流层、（臭氧层）、中间层、电离层和散逸层，再上面就是星际空间了。
整个大气层随高度不同表现出不同的流动和温度特点。
对流层。位于大气的最低层，平均厚度约为12 Km，在地球两极约为8 Km，在赤道上空约为17 Km。对流层是大气中最稠密的一层，约占75%的大气质量和90%以上的水汽质量。温度随高度的增加而降低，因为该层不能直接吸收太阳的短波辐射，只能接受地面反射的长波辐射而被加热。即靠近地面的空气受热多，远离地面的空气受热少。每升高1Km，气温约下降6.5℃。
由于岩石圈与水圈的比热容不同，热辐射致使对流层的温度不一样，冷热空气发生了垂直对流。又由于昼夜及纬度的变化，不同地区有温度差，又形成了空气的水平运动。
垂直对流和水平运动，使对流层的温度、湿度、尘埃微粒等各要素分布不均匀。水蒸气、尘埃、微生物以及人类活动产生的各种物质进入对流层，使该层中化学过程十分活跃，易形成雨、雪、雹、霜、露、云、雾等一系列天气现象。
平流层。距地表约10～50公里处的大气层。位于对流层之上，中间层之下，是地球大气层里上热下冷的一层，即中高温层置于顶部，低温层置于底部，与对流层刚好相反。气流主要表现为水平方向运动，垂直对流现象较弱，因此才叫做“平流层”。平流层基本上没有水汽，晴朗无云，很少发生天气变化，适于飞机航行。
中间层。自平流层顶到85公里之间的大气层。该层温度垂直递减率很大，对流运动也强盛。
电离层。是地球大气的一个电离区域。约60公里以上的整个地球大气层都处于部分电离或完全电离的状态，一直伸展到约1000公里高度，有相当多的自由电子和离子存在，可改变无线电波的传播速度，并对无线电波发生折射、反射和散射，不同程度地吸收无线电波。
外层。又名散逸层，这里的温度很高，可达数千度，大气极其稀薄。
通过以上知识点分析，大气层的温度分布不均匀（从地球表面开始：低—高，高—低，极高）。空气的密度由最大到极小。空气对流由强对流到平流再到强对流的变化。
天空的星星离我们的地球是非常遥远的，它反射的光或发出的光，经过长距离传播，到达地球时已经很微弱了。
由于温度的变化，导致大气层密度的变化和对流情况的变化，使星星反射的光或发出的光在通过大气层时，发生多次折射和反射（散射），且折射和反射（散射）的路径不断发生改变。于是，地球上的我们看到的光线就出现摆动（晃动），明暗也有不同程度的变化，我们看到的光线就是一闪一闪的，星星就“眨眼”了。
大气层的晃动给天文观察带来困难，即使非常精良的天文设备，在观察天体时候，也免不了受到它的干扰。所以，许多天文台建设在较高的山上，或者把天文望远镜放到大气层之外，避免晃动大气的干扰。