Maa atmosfäär kaitseb elu päikese surmava ultraviolettkiirguse eest ja tagab planeedile stabiilse temperatuuri. See sisaldab mitmeid kihte, millest tuntuimad on troposfäär, stratosfäär, mesosfäär ja termosfäär. Valdav osa ilmastikutingimustest esineb troposfääris, kuid mõned pilved võivad stratosfääris ja mesosfääris ilmuda kõrgemale.
Troposfäär
Planeedil olevad eluvormid elavad troposfääris, mis on atmosfääri madalaim tase, mis ulatub pinnast 7–20 kilomeetri (4–12 miili) kaugusele sellest. See tekitab peaaegu kõik teadaolevad ilmastikunähtused ja seal elavad pilved tekitavad vihma, rahet ja lund. Kihtpilved on troposfääris leitud madalaim tüüp; neid leidub sageli maapinnal uduna või uduna. Tuhmi halli väljanägemisega ei anna nad sademeid harva.
Stratosfäär
Stratosfääri, kus reaktiivmootorid lendavad, võib leida 20–50 kilomeetri (12–31 miili) kaugusel pinnast. Veeauru võib stratosfääris leida ainult väga madalal kontsentratsioonil, mistõttu pilvede olemasolu on väga haruldane. Vulkaanipursked võivad aga stratosfääri paisata suures koguses tolmu ja see kombineerub mõnikord jääosakestega, saades pärlmutterpilvi, millel on sageli värvikas välimus.
Mesosfäär
Mesosfääri võib leida 50–85 kilomeetri (31–53 miili) kaugusel pinnast. Selle asukoht muudab teadlastel uurimise väga keeruliseks, kuna see on õhupallide või lennukite sisselendamiseks liiga kõrge ja samas liiga madal orbitaalsete kosmoseaparaatide jaoks. See muudab mesosfääri üheks kõige halvemini mõistetavaks atmosfääripiirkonnaks. Mütosfääris leiti 1800-ndate aastate lõpul udusuguseid pilvi. Need erilised pilved tekivad ainult siis, kui metaan eraldab keemilises reaktsioonis veeauru. Metaani suurenemine Maa atmosfääris on suurendanud öiste pilvede jälgimist.
Termosfäär
Termosfäär ulatub 90 kilomeetrist (56 miili) kuni 500–1000 kilomeetrini (310–620 miili) üle Maa pinna. Ehkki seda peetakse Maa atmosfääri osaks, on õhutihedus nii väike, et seda võib pidada kosmoseks. Rahvusvaheline kosmosejaam tiirleb termosfääris umbes 370 kilomeetri kõrgusel. Termosfääris pilvi ei leidu.