تتغير صفات الغلاف الجوي بشكل كبير مع تغير كل من الارتفاع والفصل والموقع (بالنسبة لخط الاستواء Latitude) والنشاط أو الفعالية الشمسية. فعند الارتفاعات العالية حيث الضغوط المنخفضة تستمر فعالية العناصر (مثل الأوكسجين الذري ^. O) لفترات طويلة والمسافة التي تقطعها هذه العناصر الفعالة قبل أن تتصادم مع العناصر الاخرى (متوسط) المسافة الحرة Mean Free Path) تكون نسبياً مسافة طويلة. مثلاً، العناصر التي يكون متوسط المسافة الحرة لها حوالي 1x10 ^-6cmعند مستوى البحر يكون متوسط المسافة الحرة لها عند ارتفاع 500 كم حوالي1x10 ^-6cm.

تتناقص كثافة الغلاف الجوي بشكل كبير كلما ارتفعنا عن سطح الأرض، حيث تتواجد حوالي %99  من الكتلة الكلية للغلاف الجوي ضمن الكيلومترات 30 الأولى من سطح الكرة الأرضية. أما الضغط فيتناقص وفقاً لعلاقة أسية مع ازدياد الارتفاع، حيث يعطى الضغط عند ارتفاع معين ودرجة الحرارة المطلقة وفق العلاقة التالية:

حيث: _°P الضغط على سطح البحر، M متوسط الكتلة المولية للهواء 28.97 g/mol في الطبقة التروبوسفيرية g تسارع الجاذبية الأرضيةcm/sec 981(عند سطح البحر)، h الارتفاع عن سطح البحر (R (cm ثابت الغازات العام، وT درجة الحرارة المطلقة.

يعبر المعامل التالي (RT / mg) عن الارتفاع اللازم لنقصان الضغط بمقدار e^-1 ويسمى درجة الارتفاع .Scale height فمثلا عند سطح البحر ودرجة الحرارة 289 K تكون درجة الارتفاع 8 كم ، حيث يصبح الضغط أقل بحوالي %39  من الضغط النظامي على سطح البحر.

بمعرفة أن الضغط الجوي عند سطح البحر يساوي 1 ضغط تأخذ العلاقة جوي، السابقة الشكل اللوغاريتم (العشري) التالي:

برسم كل من الضغط والحرارة بدلالة الارتفاع كما في الشكل (2-2)، حيث يلاحظ أن تغيرات الضغط مع الارتفاع غير خطية. ويلاحظ أيضاً أن الحرارة في طبقة التروبوسفير ( Km 10-16 ) تتناقص مع ازدياد الارتفاع بسبب الابتعاد عن سطح الأرض المشع للحرارة. تلعب هذه الحرارة المنخفضة دور حاجز يسمح بتكاثف الماء المتبخر من سطح الكرة الأرضية وتحوله إلى غيوم التي لولا تشكلها لفقدت الأرض الكثير من الهيدروجين نتيجة التفكك الضوئي بالأشعة فوق البنفسجية للماء المتصاعد إلى الطبقات الأعلى.

أما في طبقة الستراتوسفير (حتى 50Km)، فيلاحظ أن الحرارة تعـاود الارتفاع من (^°65-) في الطبقات السفلى حتى تصل إلى قيمة عظمى تقارب (^°20-). يعود سبب هذه الظاهرة إلى وجود الأوزون الذي يصل تركيزه إلى 10ppm حجماً في منتصف مجال هذه الطبقة والذي يمتص الأشعة فوق البنفسجية مما يؤدي إلى اختزانات حرارية ضمن الستراتوسفير.

في طبقة الميزوسفير (حتى 85Km) نجد أن الحرارة تتناقص من °2- في الطبقات السفلى حتى _°92- في الطبقات العليا وذلك لقلة تركيز المواد التي تمتص الأشعة المسؤولة عن اختزان الحرارة.   

أما في الطبقات بعد الميزوسفير والتي تسمى Exosphere فإن الحرارة فيها تستمر في الارتفاع مع الاقتراب من الشمس حتى تصل درجة حرارة الغازات النادرة الموجودة في الطبقات العليا من الترموسفير إلى حوالي  C  ^°  1200 وذلك بامتصاصها الأمواج ذات الطاقة العليا والتي تبلغ أطوالها حوالي 200nm.