Згідно закону Дальтона (1802р.) в атмосфері має бути гравітаційний поділ газу, тобто при збільшенні висоти кількість важких газів має зменшуватись швидше, ніж легких і тому на значній висоті повинні переважати легкі гази. Але виявилось, що до висоти 90-100 км немає дифузної рівноваги газів, повітря тут інтенсивно перемішується і тому до цієї висоти зберігається постійний відсотковий вміст основних газів атмосфери. Шар атмосфери до висоти 90-100 км, де зберігається постійний відносний вміст основних газових компонентів, називається гомосферою.
Вище 100 км спостерігається значна зміна складу повітря. Тут насправді відбувається гравітаційний поділ газів. Так, вміст важкого аргону при подальшому піднятті вверх помітно зменшується. Але основним процесом, що викликає зміну складу повітря вище 100 км є дисоціація або розклад молекули кисню на атоми під дією сонячної радіації з довжиною хвилі менше 0,24 мкм. На висоті близько 200 км концентрація атомного кисню стає порівняною з концентрацією азоту. Молекул кисню тут залишається зовсім мало. Вище 200 км переважають заряджені атоми кисню. Вище 250-300 км до них приєднуються заряджені атоми азоту. На висотах 300-1000 км домінує атомний кисень з невеликою частиною атомного азоту. Вище 1000 км атмосфера складається в основному із заряджених атомів гелію та водню, а вище 3000 км переважає водень. Унаслідок цих процесів відносна молекулярна маса повітря зменшується до 16 кг/моль на висоті 500 км замість 28,96 поблизу поверхні Землі. Сильно розріджена атмосфера у вигляді заряджених атомів простягається до 20000-30000 км, де вона поступово переходить у космічний простір з кількістю частинок близько 100 см-3.
Шар атмосфери вище гомосфери, де склад повітря змінюється при зміні висоти внаслідок фотодисоціації газових молекул і спостерігається зменшення молекулярної ваги повітря, називається гетеросферою.
