空气是由多种气体组成的混合物，其中包括氮气、氧气、稀有气体（如氦、氖、氩、氪、氙、氡）、二氧化碳以及其他物质，如水蒸气和杂质。这些成分的比例大致为：氮气约占78%，氧气约占21%，稀有气体约占0.934%，二氧化碳约占0.04%（根据2017年的最新数据），其他物质约占0.002%。空气的成分并非一成不变，它会随着高度和气压的变化而变化。
长期以来，人们曾认为空气是一种单一的物质。然而，法国科学家拉瓦锡通过实验首次提出了空气由氧气和氮气组成的结论。到了19世纪末，科学家们通过大量实验进一步发现，空气中还包含氦、氩、氙等稀有气体。
大气层分为多个层次，包括对流层、平流层（同温层）、中间层、电离层（暖层）和散逸层。我们生活在最底层，即对流层中。在平流层，空气更为稀薄，那里有一种叫做“臭氧”的气体，它能够吸收太阳光中的有害紫外线。中间层，也称中层，位于平流层顶到85千米之间。再往上是电离层，这里的空气部分电离或完全电离。电离层对于无线电波的反射至关重要。在更高的高度，空气的组成会随高度变化，并且与每天的时间和太阳活动有关。如果不考虑水蒸气、二氧化碳和各种碳氢化合物，那么从地面到100千米高度的空气平均组成保持相对恒定。在25千米高空，臭氧含量有所增加。
