Было обнаружено изменение плотности верхних слоев атмосферы и колебания их температуры в зависимости от изменения солнечной активности, а также в зависимости от времени года (так, например, летом в дневные часы плотность на высоте 200 км в 20 раз больше, чем зимой ночью).
Область выше 400 км называется экзосферой.
Самые высокие полярные сияния наблюдались на высотах 700—1000 и даже 1200 км. Свечение ночного неба обнаруживается на высотах до 2000 км. Вероятно, верхняя граница земной атмосферы лежит около 3000—4000 км.
Данные, полученные в последнее время с помощью искусственных спутников Земли, а также советских космических ракет, доказали, что земной шар окружен двумя «поясами радиации» - областями резкого увеличения концентрации заряженных частиц высокой энергии. Концентрация оказалась наибольшей вблизи магнитного экватора Земли (как известно не совпадающего с географическим) и убывает к магнитным полюсам, а также зависит от высоты над земной поверхностью. В первой, близкой к Земле области концентрация заряженных частиц (по-видимому, протонов с энергиями до сотен миллионов электрон-вольт) достигает максимума на высоте порядка 1000 км. Границы второй области, созданной, вероятно, электронами с энергией в несколько десятков тысяч электрон-вольт, простираются до высот в 50—60 тыс. км.
На каждый квадратный сантиметр земной поверхности на уровне моря воздух давит с силой в 1,0332 кг (так называемое давление в одну атмосферу). Общая масса атмосферы Земли составляет около одной миллионной доли массы Земли.
Распределение в атмосфере температуры (определяемой тепловыми скоростями движений частиц воздуха) характеризуется любопытными неправильностями — температурными инверсиями: в тропосфере температура уменьшается приблизительно на 6°C каждым километром высоты; от тропопаузы до высоты 30 км температура приблизительно постоянна и равна — 56° С; от 30 до 55 км температура постепенно повышается до 4-100° С; к высоте 80 км она вновь падает до +30° С и затем постепенно повышается, достигая нескольких сотен градусов на высоте 200—300 км. Однако плотность воздуха на этих высотах столь мала, что температура тела, попавшего туда, будет определяться способностью тела поглощать энергию солнечных лучей (и излучать, ее в окружающее пространство), а не температурой окружающего крайне разреженного воздуха. Изучение метеорных следов и серебристых облаков обнаруживает скорости «стратосферных ветров» до 120 м/сек.