Budući da je atmosfera tanki sloj u usporedbi s veličinom zemlje, ona se suočava s težim problemima zbog ljudske aktivnosti od ostalih dijelova planeta. Smjesa je mnogih plinova, ali njezin se sastav mijenja. Ako se promjene nastave, problemi zemljine atmosfere mogu imati negativne posljedice na sav život, ali posebno na našu vlastitu složenu i energetski intenzivnu civilizaciju.
Staklenički plinovi
Atmosferu uglavnom čine dušik i kisik, ali sadrži oko 0,04 posto ugljičnog dioksida. Ova mala količina ugljičnog dioksida propušta sunčevu svjetlost kroz atmosferu, ali zadržava toplinu koju stvara sunčeva svjetlost kad udari o površinu zemlje. Ugljični dioksid proizvodimo kada sagorijevamo fosilna goriva poput nafte i plina, a dodani ugljični dioksid povećava količinu zarobljene topline. Ugljični dioksid djeluje poput stakla u stakleniku, zagrijavajući zemlju. Ugljični dioksid i neki drugi plinovi koji djeluju na isti način, poput metana, nazivaju se stakleničkim plinovima i pomažu u globalno zatopljenje.
Ostali plinovi
Drugi problem s kojim se atmosfera suočava je onečišćenje drugim štetnim plinovima. Uz ugljični dioksid, tvornice i elektrane proizvode sumporne i dušikove okside. Te onečišćujuće tvari ulaze u atmosferu putem dimnjaka, ispušnih ventilatora i isparavanja, a atmosfera ih distribuira širom svijeta. Kada je lokalno onečišćenje ozbiljno, može uzrokovati respiratorne bolesti i pogoršati uvjete kao što je astma i uzrokovati kisele kiše. U Sjedinjenim Državama Agencija za zaštitu okoliša prisilila je industrije da smanje emisiju štetnih plinova, ali neke druge zemlje i dalje intenzivno zagađuju.
Ozonski omotač
Jedan od gornjih slojeva atmosfere, stratosfera, smještena od 10 do 30 milja visine, sadrži ozon koji apsorbira većinu štetnih ultraljubičastih zraka sunca. Kad bi sve ove zrake prodrle u atmosferu i dospjele na površinu zemlje, oštetile bi biljke, uzrokovale mutacije i ljudima dale rak kože. Neki kemijski proizvodi, posebno rashladna sredstva poput klorofluoroogljikovodika, mogu se uzdići u stratosferu i kemijskom interakcijom smanjiti količinu ozona. Kad ima manje ozona, više ultraljubičastih zraka prodire u atmosferu i dopire do tla. Ovaj je problem manje ozbiljan sada kada je uporaba klorofluoroogljikovodika u hladnjaku i klimatizaciji ograničena.
Čestice
Kontaminacija atmosfere prašinom i česticama ozbiljan je problem, kako na lokalnom, tako i na međunarodnom planu. Industrijski procesi i eksplozije mogu ispuštati štetne čestice u atmosferu, taložeći prašinu na široka područja i šireći je širom svijeta kad dosegne gornji dio atmosfera. To je posebno zabrinjavajuće kada vjetrovi šire pesticide, radioaktivnost ili druge opasne tvari. Kontaminacija pesticidima pronađena je na Arktiku, a radioaktivnost nuklearnim nesrećama, poput Černobila i Fukušime, proširila se na velika područja.