大氣是多種氣體的機械混合物。低層大氣是由幹潔空氣、水汽和固體雜質三部分組成的。
氧是人類和一切生物維持生命活動所必需的物質幹潔空氣（25千米以下）的主要成分中，氮和氧共占幹潔空氣體積分數的99％。氧是人類和一切生物維持生命活動所必需的物質；氮是地球上生物體的基本成分。二氧化碳和臭氧是大氣中的微量成分，含量較低，但對地球上的生命活動和自然環境有著重要作用。二氧化碳是綠色植物進行光合作用的基本原料，麵起保溫作用。臭氧能大量吸收太陽紫外線，避免了地球上的生物被過多的紫外線傷害，被譽為“地球生命的保護傘”；而少量能穿透大氣射到地麵上的紫外線是無害的，並有著殺菌治病的作用。
大氣中的水汽和固體雜質含量非常少，但對天氣變化起著重要作用。水汽的相變（氣態、液態、固態三者的互相轉變），產生了雲、雨、霧、雪等一係列天氣現象，並伴隨著熱量的吸收和釋放，直接影響地麵和大氣的溫度。固體雜質作為凝結核，是成雲致雨的必要條件。總之，大氣中水汽和固體雜質的含量是因時因地而異的。
隨著大氣汙染越來越嚴重，大氣成分比例也隨之發生變化。例如，人類活動燃燒煤、石油等礦物燃料，排放出大量的二氧化碳，使大氣中的二氧化碳含量不斷增加。在製冷工業出現和發展前，大氣中是沒有氟氯烴化合物的。20世紀80年代以來，由於電冰箱、冰櫃等的廣泛使用，大量的氟氯烴化合物被它們釋放出來，使大氣中的氟氯烴含量急劇增加。而氟氯烴能破壞大氣中的臭氧，使大氣中的臭氧總量減少。