ينقسم الغلاف الجوي إلى طبقات تختلف في درجة الحرارة والكثافة والتركيب، وهي التروبوسفير والستراتوسفير والميزوسفير والثرموسفير والإكسوسفير. ولا تمثل الحدود بين هذه الطبقات جدرانًا ثابتة، بل مناطق انتقالية يتغير ارتفاعها بحسب خط العرض والفصل والنشاط الشمسي والظروف الجوية.

علم الأرصاد الجوية علم يدرس الغلاف الجوي والظواهر الجوية والطقس والتنبؤات، ويعتمد على رصد عناصر مثل الحرارة والضغط والرطوبة والرياح وبخار الماء وتفاعلها في طبقات الجو. تطور هذا العلم من الملاحظة والوصف القديمين إلى القياس الفيزيائي باستخدام أجهزة مثل مقياس الحرارة والضغط والرطوبة والرياح، ثم تقدم بفضل شبكات الرصد والاتصالات والرادار والمسابير والسواتل والحاسوب. وتدخل تطبيقاته في النقل والطيران والزراعة والطاقة والبناء والدفاع وإدارة المخاطر الجوية، كما يرتبط بعلم المناخ والفيزياء والكيمياء والرياضيات وعلوم المحيطات.

الغلاف الجوي للأرض ينقسم إلى طبقات كل منها تختلف عن الأخرى. الطبقة السفلية التي نعيش فيها بسمك حوالي ١١ كيلومتراً فوق سطح الأرض وتكون أكثر ارتفاعاً فوق المنطقة المدارية، وأقل ارتفاعاً فوق القطبين.

الطبقة الجوية العليا طبقة من الغلاف الجوي تقع فوق التروبوسفير وتمتد إلى الفاصل الطبقي، وتتميز بجزء سفلي شبه ثابت الحرارة وجزء علوي تزداد فيه الحرارة مع الارتفاع. ترجع هذه الزيادة أساساً إلى امتصاص الأوزون لأشعة الشمس في أعلى الطبقة، حيث توجد معظم كمية الأوزون في الجو، وهو ما يساعد على حماية الإنسان من الأشعة فوق البنفسجية. تكاد هذه الطبقة تكون جافة وخالية من السحب والعواصف الشديدة، عدا سحب ثلجية قطبية تظهر في الشتاء.

الغلاف الأوسط طبقة من الغلاف الجوي تقع بين الطبقة الجوية العليا والغلاف الحراري، وتنخفض فيها درجة الحرارة كلما زاد الارتفاع حتى تبلغ أبرد مستويات الغلاف الجوي قرب حدها الأعلى، خاصة فوق القطبين. يعتقد العلماء أن الهواء فيها يختلط كما في الطبقات السفلى، وتهب فيها رياح قوية تظهر آثارها في المسارات المتعرجة للشهب التي تمر خلالها. وقد تشاهد فيها غيوم رقيقة في المناطق القطبية خلال الصيف.