Die Atmosphäre ist in unterschiedliche Schichten teilbar. In der Meteorologie wird sie nach dem Temperaturverlauf eingeteilt. Es kommt mit aufsteigender Höhe zu Temperaturschwankungen, so gibt es in Reihenfolge die Troposphäre, Stratosphäre, Mesosphäre, Thermosphäre und Exosphäre. Die drei letzten Schichten oberhalb der Ozonschicht sind der Sonnenstrahlung ausgesetzt und werden ionisiert. Deshalb werden sie auch als Ionsphäre bezeichnet. Die Ozonschicht in der Stratosphäre schützt den Menschen vor der ionisierenden Strahlung. Das in ihrer Schicht enthaltene Ozon (O₃) absorbiert die ultraviolette Strahlung der Sonne im Bereich von 200 und 300 nm und wandelt die Energie in Wärme um. Somit bleibt dem Mensch eine riesige Portion tödliche Strahlung erspart. Außerdem ist zu beachten, dass die Sonneneinstrahlung am Tag nicht gleichstark ist und deshalb Schichtdicke und Ionisierungsgrad variieren.

Sie ist die unterste Schicht bis auf einer Höhe von 11 bis 15 km. Hier spielt sich das Wettergeschehen ab und auch der Flugverkehr auf zwölf Kilometern. Die Temperatur nimmt schon nach 100 m bis um 1 Grad ab. In der Standardatmosphäre nimmt die Lufttemperatur sogar alle 100 m um 1 Grad ab. Die Erklärung dafür ist, dass sich die aufströmende Luft ausbreitet und schnell abkühlt. Hierbei nimmt der Luftdruck ab und die aufsteigende erwärmte Luft erfährt aufgrund ihrer abnehmenden Dichte einen Auftrieb. Der gleiche Vorgang geschieht mit dem Ballongas, weswegen sich die Ballonhülle ausdehnt.

In welcher Höhe die Troposphäre liegt, hängt von der einstrahlenden Sonne und der Jahreszeit ab. Auch ist noch die Region der Einstrahlung zu beachten. Am Äquator ist die Temperaturerwärmung am stärksten, am Pol am kleinsten. Das liegt am Einfallswinkel der Sonnenbestrahlung, am Äquator treffen die Sonnenstrahlen nahezu senkrecht auf, an den Polen schwerwiegender. Das zeigt, dass die geografische Breite die Temperatur einer Region bestimmt.

Zwischen Troposphäre und Stratosphäre liegt die Tropopause. Die Wetterphänomene enden in ihr. In dieser Schicht fehlt der Luftaustausch für die Atmosphärengase. Über der Tropopause befinden sich, abgesehen vom Äquator keine Wolken mehr und die Sicht ist wegen sauberer Luft nicht eingeschränkt. Das hat uns im Übrigen einen fantastischen Ausblick aus der Sonde geboten.

In der Stratosphäre, ab ca. 11 bis 15 km Höhe, befindet sich die Ozonschicht, die die UV-Strahlung absorbiert. Mit dem Übergang in die Stratosphäre und der Annäherung an die Ozonschicht wird es wärmer. Das liegt am Wärmeaustausch aufgrund des ständigen Auftreffens kurzwelliger UV-Strahlung auf die Luftmoleküle und dem Ozonabbau. Die Wärmeumwandlung ereignet sich je nach Klimazone unterschiedlich stark. So ist es am Äquator wärmer als an den Polen. Darüber hinaus können sich nur unter extremen Minustemperaturen, also in Polarregionen, Stratosphärenwolken, bekannt als Perlmuttwolken, bilden. In dieser Schicht verändert sich der Luftdruck gering, weil es beim Schichtenübergang zum sogenannten Gegenläufigkeitsprinzip kommt: In der Troposphäre nimmt die Temperatur ab, in der Stratosphäre nimmt sie zu.

In der Atmosphäre kommt es durch die Einwirkung der Sonnenstrahlung und ihre Wechselwirkung zu horizontalen Bewegungen. Die Schwerkraft gleicht dieses System aus, sodass die Massen in der Atmosphäre in ein hydrostatisches Gleichgewicht gebracht werden. Dieser Effekt lässt sich an den Wolken beobachten, die häufig eine glatte Fläche bilden und auf gleicher Höhe sind. Somit werden die Luftschichten horizontal unterteilt und unterschieden.