古时候，人们面对着绚丽多彩的广阔天空，向往着飞往蓝天探索它的奥秘。在他们的想象中，天空只不过是一顶坚固的棚盖——天穹，宝石般闪闪发光的天体就镶在上面。天上有无数层的宫殿，宫殿里生活着各种各样的神仙和玉皇大帝，由此引出许多神话故事和美丽的传说。在中国，早已流传百世的“嫦娥奔月”和“孙悟空大闹天宫”的神话故事，便是人们对于天界的理解和“飞上天宫”幻想的寄托。古希腊人在神话时期，也有让天支托在擎天神的肩上的传说，他们也并不觉得滑稽，因为他们毫不在乎地认为，天空比山高不了几尺。
现在，我们已经知道，天的高度就是大气层的高度。通常说来，大气层大约有2000～3000千米高，也就是说天有2000～3000千米高。大气层之外就是黑洞洞的宇宙深处了。又由于地球引力的作用，整个大气层的质量的9/10都集中在16千米以下的大气层里，而到了260千米以上的高空，大气的密度就只有地面大气密度的百亿分之一，超过500千米以上的高空，空气就极其稀薄了。世界最高峰——珠穆朗玛峰顶上的空气密度，也只有海平面空气密度的二点六分之一。因此，科学探险家们又根据各高度上大气的不同特征，将大气区分为不同的层次：
最下面的一层叫对流层，大约距地面高度在12千米范围内，集中着大气全部质量的3/4。这层空气有强烈的上下对流，雷、雨、风、电等自然现象均发生在这层里，其突出的特点是气温随高度增加而降低。
第二层为平流层，位于对流层以上，顶端离地面约50千米高。在这层里的空气质量约占大气全部质量的1/4，空气只有水平方向的流动，没有雷、雨以及上升气流的干扰，是飞机飞行的好地方。平流层的下半部离地面约20～30千米处，有一个臭氧层，它的存在，恰似在大气中张起一张网形的巨大网筛，它筛掉了大部分太阳紫外线，使地球上的生物免遭过量紫外线的灼伤而死亡。
从平流层往上到约85千米的地方，称为中间层，这层空气的气温随高度升高而降低，密度已大大降低了。从85千米往上，温度又回升了，至120千米以内，上升较缓慢，超过120千米以后，温度迅速增加，在距地面400千米的高空，温度竟达3000～4000摄氏度，所以称之为热层。热层以上就是大气的外层了，上限约3000千米，为地球大气圈与星际空间的过渡地带，非常稀薄的高速气体分子拼命摆脱地球的束缚，逃逸到宇宙太空中去，所以又称之为“散逸层”。中间层、热层、散逸层中的空气质量仅占大气总质量的三千分之一左右，热层以上的外层空间是人造地球卫星、宇宙飞行器航行的地方。
根据围绕地球的这层大气在不同高度上的种种特征，现代意义上所说的大气层的含义通常是指距地面100或120千米的高度之内的大气，而120千米以上的高空则视为外层空间了。
大气的变化造成了各种自然现象的发生，所以很早以来，人们就想尽办法飞上天空，以其探索大气的奥秘，征服空间。人类在步入大气层范围之内的探索，走过了借助风筝、气球、飞机、宇宙飞船和航天飞机等升空器具和高空飞行器的冒险性尝试的道路，给人们留下许多惊险曲折的难忘的故事。