我们生活的地球被一层厚厚的空气所包围，那么，它究竟有多厚呢？古希腊哲学家、科学家亚里士多德曾经有过关于地球层次的推想。他认为地球由土层、水层、空气层和火层四个层次构成，地球以外还有一个虚无缥缈的“以太层”，但并未指出各层的厚度。1644年，伽利略的学生托里拆利和维瓦尼通过实验证明空气是有重量的，并根据空气具有有限的重量推断出空气一定有有限的高度，大约为8000米。1662年，英国科学家波义耳通过实验研究指出，在一个密闭空间里，恒温情况下，气体受到压力时体积会收缩，而且总是成一定的比例。所以空气是有很大弹性的，在垂直方向上，海平面的大气最稠密，越向上越稀薄。人们据此推测大气的厚度要远大于8000米。20世纪40年代，人们用火箭技术直接探测大气的高度，发现上界的限度已超过400千米。后随着空间技术的发展，人们发现美丽的极光出现在800～1200千米的上空，因此有的科学家把1200千米作为大气的物理上界。还有专家把500～1600千米的高度称为“外大气圈”，并认为大气由这一高度逐渐向宇宙星际中消融。此外，根据天体物理学计算和卫星提供的资料表明，大气的上界又增加到2000～3000千米。

空气的厚度常常因科学家们的依据和目的不同而结果相差很大。不过，大家达成一致的是空气在垂直方向上根据温度结构分为对流层、平流层、中间层、热大气层、外大气层，每一层都有不同的特点和作用。