地球上的大气圈有多厚？也就是说从地球表面向上有多高，才能到达大气圈的最上边沿？对于这个问题，人们在很久以前，就已开始探索研究。
最初，人们是根据云的高度来确定大气圈的厚度。我们知道，云是漂浮在大气中的细小水滴或冰晶组成的。有云的高空，一定有大气的存在。根据对普通常见云的观测，最高的云可达10～15千米。因此，最初人们认为大气圈的厚度在15千米以上。
流星是宇宙中的小天体，当它进入地球大气圈以后，因为它以每秒20到100千米的速度运动，与空气摩擦生热而发光。于是，人们又根据流星出现的高度，来确定大气的厚度。流星一般开始出现在70～120千米的高空，因此人们就认为大气圈的厚度也就在70～120千米以上。
日出以前，天空便开始发亮，日落以后，天空并不立即变暗。我们把这种日出以前和日落以后的天空皓亮现象，称为“曙暮光”，曙暮光是由于高层大气分子被太阳照射以后散射出的光亮。因此，根据测量曙暮光的高度，又确定大气圈的厚度在280千米以上。
在两极地区的上空，常常可以出现五彩缤纷的放电现象，人们把它称为“极光”。极光是太阳辐射出来的电子流，进入高空稀薄的大气层后，产生的一种放电现象。因为地球是一个大磁场，所以极光仅出现在地球南极和北极地区的上空。根据对极光的测定，大气圈的厚度又在1200千米以上。
人造地球卫星的上天，为人类进一步征服自然界开辟了新纪元。人造地球卫星到达了人类从来没有去过的高空，为我们搜集了大批研究高层大气的情报。根据近年来人造地球卫星探测的资料，地球大气圈的厚度应在3000千米以上。
大气圈的厚度究竟是多少呢？这还要很好地研究才能解决。我们知道：空气是一种可以压缩的流动气体，在地球引力的作用下，上层空气压在下层空气的上面，下层空气的密度就被压得变大了，离地面越高的地方，受到上层的空气的压力越小，所以越往上去，空气的密度越小，空气就越稀薄了。据研究，地面上每立方厘米空气有2550亿亿个分子，在离地面5千米的上空，每立方厘米空气中有1530亿亿个分子；在100千米的高空，每立方厘米空气中有18万亿个分子；在1000千米的高空，每立方厘米空气中，就只有10万个分子，大约仅相当于地面空气密度的260万亿分之一。由此可见，空气是越向上越稀薄，以至于绝迹。所以大气圈的最上层，没有一个明显的界限。因此，要确定大气圈的厚度是比较困难的。