Planet Zemlja okružen je slojem plinova koji zovemo atmosferom. Atmosferu uz planet drži Zemljina gravitacija jer bez te sile ona bi se rasplinula u svemiru. Svojom debljinom od oko 500 kilometara atmosfera nas štiti i od bombardiranja meteorita koji prolaze svemirom.
Atmosfera je smjesa desetak različitih plinova, prvenstveno dušika i kisika te argona s primjesama ugljikova dioksida, helija i neona. U zraku nalazimo i malene količine sumporova dioksida, amonijaka, ugljikova monoksida, ozona te vodene pare. U njemu također ima i onečišćenja, raznih plinovitih tvari, čestica dima, soli, prašine i vulkanskog pepela.
Smjesa plinova i sićušnih, čvrstih čestica tvori četiri glavna sloja: troposferu, stratosferu, mezosferu i termosferu. Najdonji je sloj, troposfera, ujedno i najtanji, i seže do otprilike 12 kilometara nadmorske visine. 
Taj je sloj topao, osobito pri dnu, jer grije od Zemljine površine koja upija Sunčeve zrake, no prema vrhu troposfere temperatura se snizuje tako da na vrhu iznosi oko -55 ºC.
Sljedeći sloj je stratosfera koja se proteže do otprilike 50 km nadmorske visine. U gornjem dijelu stratosfere nalazimo tzv. ozonski sloj, s vrlo velikom koncentracijom ozona. Temperatura je u njemu viša od temperature u troposferi, zato što ozon upija najveći dio Sunčevih štetnih ultraljubičastih zraka, pa se pritom zagrijava.
Iznad stratosfere, na 50 do 70 kilometara nadmorske visine leži mezosfera. Nad njom, na 80 kilometara visine, nalazi se mezopauza, najhladnije područje čitave atmosfere. U njoj je tako hladno da tamo mogu nastati ledeni oblaci, ali se oni vide samo noću, kad ih Sunce nakon zalaska osvijetli odozdo. Meteoriti koji padaju na Zemlju obično izgore u mezosferi. Iako je zrak u njoj vrlo rijedak, trenjem meteorita o molekule kisika razvija se velika toplina.
Posljednji glavni sloj atmosfere, prije početka međuplanetarnog prostora, zove se termosfera. Taj sloj počinje na otprilike 100 kilometara nadmorske visine. Termosfera je najrjeđi od svih slojeva jer što se više udaljavamo od Zemlje – gustoća se sve više smanjuje.
Sve promjene vremena odvijaju se unutar troposfere. One nastaju zbog Sunčeva zračenja te Zemljina dnevnog okretanja oko svoje osi i godišnjeg obilaska oko Sunca. Tamo gdje se zrak grije on postaje lakši pa se diže, a na njegovo mjesto dolazi hladniji zrak sa strane. Tako nastaje zračno strujanje. Gibanje zraka koje je paralelno sa Zemljinom površinom zovemo vjetrom. Zrak je najtopliji pri ekvatoru gdje se Sunce danju visoko diže na obzorje, a prema sjevernom i južnom polu postaje sve hladniji.
Dio troposfere u kojemu postoji život zovemo biosferom i ona seže do najviše visine ptičjega leta do površinskog sloja kopna i oceanskog dna. Kopnene životinje uzimaju kisik iz zraka koji udišu te ga zamjenjuju ugljikovim dioksidom koji izdišu. Zelene biljke uzimaju ugljikov dioksid pa u procesu fotosinteze pomoću sunčane energije oslobađaju kisik koji ispuštaju u zrak. Tako se stvara zatvoreni krug o kojemu, posredno ili neposredno, ovisi život svih životinja i biljaka. Kod vodenih biljaka i životinja sve je isto, samo su ti plinovi otopljeni u vodi.
Atmosfera je svoju prirodnu ravnotežu održavala stotinama tisuća godina, ali se sada taj izvor života i moćne zaštite našao u opasnosti zbog čovjekova djelovanja na Zemlji. Ono obuhvaća efekt staklenika, globalno zagrijavanje, onečišćavanje zraka, kisele kiše i stanjivanje ozonskoga sloja. 
Industrijalizacija svijeta u proteklih 200 godina poremetila je omjere plinova, a time i ravnotežu u atmosferi.
Spaljivanjem fosilnih goriva poput ugljena, zemnog plina i nafte, izbacuju se goleme količine ugljikova dioksida i drugih plinova u atmosferu, osobito nakon pojave motornih vozila koncem 19. stoljeća. Ti plinovi upijaju toplinske zrake koje Zemljina površina zrači i tako se hladi. Veći dio te topline plinovi vraćaju na tlo i bez njih bi na Zemlji bilo tako hladno da bi se sledili oceani.
Kad se, međutim, zbog onečišćavanja zraka, povećava količina tih plinova koji proizvode sličan učinak kao staklo na stakleniku, oni počinju zadržavati sve više topline i Zemlja se previše zagrijava. Računa se da danas više od milijardu ljudi udiše teško otrovan zrak, prije svega ugljikovim monoksidom i sumporovim dioksidom kao nusproduktima industrijskih procesa. Posljedica toga je nagli porast dišnih i plućnih bolesti, napose među djecom i starcima.
Osim efekta staklenika, onečišćenje zraka dovodi i do tzv. kiselih kiša i ozonskih rupa. Kisele kiše nastaju kad se sumporov dioksid i dušikov oksid u atmosferi spoje s vodenom parom. Kisela kiša ubija životinje i biljke te izaziva pomor riba i uništava šume. Ozonske rupe nastaju kad freoni iz sprejeva, hladnjaka i nekih sredstava za čišćenje dospiju u zrak u količini većoj od one koju atmosfera može podnijeti. Ti se plinovi na velikim visina razlažu i pritom se stvara klor koji kemijski napada i uništava ozon.
