Planéta Zem je obklopená vrstvou plynov, ktorým hovoríme atmosféra. Dodáva vzduch, ktorý dýchame a chráni nás pred škodlivými účinkami slnečného žiarenia. Vlastná váha a gravitačná sila Zeme zabraňujú atmosfére uniknúť do vesmíru. Jej hrúbka (asi 480 km) nás taktiež chráni pred bombardovaním meteoritov putujúcich vesmírom. Milióny ľudí cestujú denne atmosférou rôznymi druhmi dopravných prostriedkov, od teplovzdušných balónov po nadzvukové lietadlá. Astronauti cez ňu lietajú, aby sa dostali nad ňu do vesmíru.
Atmosféra je zmes 10 rôznych plynov, prevažne dusíka (78 percent) a kyslíka (21 percent). Zostávajúce jedno percento tvorí hlavne argón, s veľmi malým množstvom oxidu uhličitého, hélia a neónu. Týmto plynom hovoríme interné plyny. To znamená, že chemicky nereagujú s ostatnými látkami. V atmosfére nájdeme taktiež malé množstvo oxidu siričitého, amoniaku, oxidu uhoľnatého, ozónu ( plyn príbuzný kyslíku) a vodnej pary. Nakoniec sú tu nečistoty ako splodiny, čiastočky prachu, soľ a sopečný popol.
Táto zmes plynov a drobných pevných častíc sú rozdelené do štyroch hlavných vrstiev: troposféra, stratosféra, mezosféra a termosféra. Prvá z nich, troposféra, Je najbližšia Zemi – siaha do výšky okolo 12 km nad povrch Zeme. Aj tak je príliš silná na to, aby sa štandardné lietadlá, ktoré lietajú väčšinou v nadmorskej výške 9 až 11 km, vzniesli nad ňu. Je to teplá vrstva atmosféry, pretože ju ohrievajú slnečné lúče odrážajúce sa od povrchu Zeme. Keď sa vzdiaľujeme od Zeme, teplota klesá až na mínus 55 stupňov Celzia na vrchole atmosféry. Ďalšia vrstva je stratosféra, ktorá sa rozprestiera až do výšky okolo 50 km nad zemský povrch. Na vrchole stratosféry je koncentrovaný ozón vo vrstve, ktorej hovoríme ozónová vrstva. Teplota je tu vyššia než v troposfére, pretože ozón zachycuje veľké množstvo škodlivých ultrafialových slnečných lúčov. Vedci sú znepokojený a varujú, že pokiaľ budeme ďalej znečisťovať ovzdušie, porušíme ozónovú vrstvu a stratíme tento ochranný štít.
Nad stratosférou , vo výške okolo 50 až 70 km nad zemským povrchom, leží mezosféra. Vo vnútri mezosféry je mezopauza, najchladnejšia oblasť atmosféry. Je tu tak chladno, že sa tu formujú mraky ľadu, ktoré však môžeme vidieť iba v noci, keď je zapadajúce Slnko osvetlené zospodu.
Väčšina meteoritov padajúcich smerom k Zemi obvykle zhorí práve v mezosfére. Aj keď je tu vzduch veľmi riedky, trenie, ktoré vzniká narážaním meteoritu do molekúl kyslíka, spôsobuje extrémne uvoľnenie tepla.