Die Erde wird von einer Gashülle umgeben, welche von der Oberfläche des Planeten bis in eine Höhe von etwa 500 Kilometern reicht und die von der Schwerkraft der Erde festgehalten wird. Ihre Bezeichnung „Atmosphäre“ leitet sich von den griechischen Wörtern atmós und sfaira (übersetzt: Dampf und Kugel) ab. Die Erd­atmosphäre besteht im Wesentlichen aus den Gasen Stickstoff (78,1 Prozent), Sauerstoff (20,9 Prozent) und Argon (0,93 Prozent). Von entscheidender Bedeutung für ein lebensfreundliches Klima auf der Erde sind allerdings auch die sogenannten Spuren- oder Treibhausgase wie Wasserdampf, Kohlendioxid, Methan und Ozon, deren Anteil zusammen weit unter einem Prozent liegt. Sie absorbieren einen Teil der einfallenden Sonnenstrahlung sowie einen Großteil der ausgehenden Wärmestrahlung der Erde und tragen so zur Erwärmung der Atmosphäre bei. Ohne Spurengase wäre es auf der Erde im Mittel minus 18 Grad Celsius kalt und der blaue Planet Erde ein Schneeball.
Die Erdatmosphäre besteht aus mehreren Schichten, die sich hinsichtlich ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften unterscheiden. Von unten nach oben gliedert sie sich in die Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre und Exosphäre.
Wichtig für das Wetter und Klima auf der Erde sind allerdings nur die beiden unteren Schichten. In ihnen, vor allem in der Troposphäre, findet das Wettergeschehen statt, wobei die Temperatur in der Troposphäre mit zunehmender Höhe im Mittel abnimmt – pro 1000 Höhenmeter um etwa 6,5 Grad Celsius. Über dem Äquator reicht die Troposphäre bis in eine Höhe von circa 17 Kilometern. In den Polarregionen dagegen ist sie mit acht Kilometern nur etwa halb so hoch.
Darüber beginnt die Stratosphäre, welche bis in eine Höhe von etwa 50 Kilometern hinaufragt. In dieser Schicht steigt die Temperatur langsam an, weil in der Ozonschicht, die sich über den mittleren Breiten in 20 bis 45 Kilometer Höhe befindet, die ultraviolette Strahlung aus dem Sonnenlicht absorbiert und dabei Wärme erzeugt wird. Obwohl die Stratosphäre im Gegensatz zur Troposphäre fast keinen Wasserdampf enthält, kann es vor allem in den Polar­regionen unter extrem kalten Bedingungen zur Bildung perlmutt­artig schimmernder Stratosphärenwolken kommen. Auf die Stratosphäre folgt die kälteste Schicht der Erdatmosphäre – die Mesosphäre. Sie reicht bis in eine Höhe von etwa ­85 Kilometern. Mit zunehmender Höhe sinken hier Temperatur und Luftdruck deutlich, sodass am oberen Rand der Schicht eine durchschnittliche Temperatur von minus 90 Grad Celsius herrscht.
In der anschließenden Thermosphäre ist die Luftdichte so gering, dass der Abstand zwischen den einzelnen Gasteilchen bis zu mehrere Tausend Meter betragen kann und Zusammenstöße sowie der damit verbundene Energieaustausch kaum noch stattfinden. In der Thermosphäre umkreist die Internationale Raumstation (ISS) in einer Höhe von ungefähr 400 Kilometern die Erde. In einer Höhe von 500 Kilometern geht die Thermosphäre in den interplanetaren Raum über. Dieser Übergangsbereich wird als Exosphäre bezeichnet. Hier kreist in etwa 640 Kilometer Höhe auch der US-amerikanische Sorce-Satellit. Er misst seit dem Jahr 2003, wie viel Sonnenstrahlung den äußeren Rand der Atmosphäre erreicht.

Abb. 2.2 > Die Erdatmosphäre gliedert sich in mehrere Stockwerke, von ­denen nur die zwei unteren für die Wetterabläufe von Bedeutung sind. In der Troposphäre bilden sich Wolken und Niederschlag. In der Stratosphäre absorbiert Ozon einfallendes ultraviolettes Licht und von der Erde abgestrahlte Wärmeenergie.