暖层的特点是，气温随高度增加而增加，在300千米高度时，气温可达1000益以上，像铅、锌、锡、锑、镁、钙、铝、银等金属，在这里也会被熔化掉。本层之所以有高温，主要是因为所有的波长小于0.175微米的太阳紫外线辐射，都被暖层气体所吸收。暖层中的氮(N2)、氧(O2)和氧原子(O)气体成分，在强烈的太阳紫外线和宇宙射线作用下，已处于高度电离状态，所以也把暖层称作“电离层”。其中100~120千米的E层和200~400千米的F层，以及介于中间层和暖层之间，只在白天出现，高度大致为80千米的D层，电离程度都较强烈。电离层的存在，对反射无线电波具有重要意义。人们在远方能收到无线电波的短波通讯信号，就和大气层有此电离层有关。
外大气层
在离地面500千米以上的叫外大气层，也叫磁力层，它是大气层的最外层，是大气层向星际空间过渡的区域，外面没有明显的边界。在通常情况下，上部界限在地磁极附近较低，近磁赤道上空在向太阳一侧，有9~10个地球半径高，换句话说，大约有65000千米高。在这里空气极其稀薄，温度很高，可达数千摄氏度，其密度为海平面处的一亿亿分之一。
地球上的水圈
水圈(Hydrosphere)是地球外圈中作用最为活跃的一个圈层。它与大气圈、生物圈和地球内圈的相互作用，直接关系到影响人类活动的表层系统的演化。水圈也是外动力地质作用的主要介质，是塑造地球表面最重要的角色。
水体存在方式不同，其作用方式也有比较大的差别，按照水体存在的方式可以将水圈划分为海洋、河流、地下水、冰川、湖泊等五种主要类型。
液态和固态水体所覆盖的地球空间。水圈中的水上界可达大气对流层顶部，下界至深层地下水的下限。包括大气中的水汽、地表水、土壤水、地下水和生物体内的水。各种水体参加大小水循环，不断交换水量和热量。水圈中大部分水以液态形式储存于海洋、河流、湖泊、水库、沼泽及土壤中；部分水以固态形式存在于极地的广大冰原、冰川、积雪和冻土中；水汽主要存在于大气中。
三者常通过热量交换而部分相互转化。
水圈内全部水体的总储量为13.86亿立方千米，其中海洋为13.38亿立方千米，占总储量的96.5%。分布在大陆上的水包括地表水和地下水，各占余下的一半左右。在全球水的总储量中，淡水仅占2.53%，其余均为咸水。
地球表面的水是十分活跃的。海洋蒸发的水汽进入大气圈，经气流输送到大陆、凝结后降落到地面，部分被生物吸收，部分下渗为地下水，部分成为地表径流。地表径流和地下径流大部分回归海洋。水在循环过程中不断释放或吸收热能，调节着地球上各层圈的能量，还不断地塑造着地表的形态。水圈中的地表水大部分在河流、湖泊和土壤中进行重新分配，除了回归于海洋的部分外，有一部分比较长久地储存于内陆湖泊和形成冰川。这部分水量交换极其缓慢，周期要几十年甚至千年以上。从这些水体的增减变化，可以估计出海陆间水热交换的强弱。大气圈中的水分参与水圈的循环，交换速度较快，周期仅几天。
由于水分循环，使地球上发生复杂的天气变化。海洋和大气的水量交换，导致热量与能量频繁交换，交换过程对各地天气变化影响极大。
目前，各国极其关注海-气相互关系的研究。生物圈中的生物受洪、涝、干旱影响很大，生物的种群分布和聚落形成也与水的时空分布有极密切的关系。生物群落随水的丰缺而不断交替、繁殖和死亡。大量植物的蒸腾作用也促进了水分的循环。水在大气圈、生物圈和岩石圈之间相互置换，关系极其密切，它们组成了地球上各种形式的物质交换系统，形成千姿百态的地理环境。
人类大规模的活动对水圈中水的运动过程有一定的影响。大规模地砍伐森林、大面积的荒山植林、大流域地调水、大面积地排干沼泽、大量抽用地下水等，都会促使水的运动和交换过程发生相应变化，从而影响地球上水分循环的过程和水量平衡的组成。人类的经济繁荣和生产发展也都依赖于水。如水力发电、灌溉、航运、渔业、工业和城市的发展，无不与水息息相关。
独特的生物圈
生物圈指地球上凡是出现并感受到生命活动影响的地区。是地表有机体包括微生物及其自下而上环境的总称，是行星地球特有的圈层。它也是人类诞生和生存的空间。生物圈的范围是大气层的底部、水圈大部、岩石表面。
生物圈是地球上最大的生态系统。
生物圈的概念是由奥地利地质学家休斯(E.Suess)在1375年首次提出的，是指地球上有生命活动的领域及其居住环境的整体。它包括海平面以上约10000米至海平面以下11000米处，其中包括大气圈的下层，岩石圈的上层，整个土壤圈和水圈。但绝大多数生物通常生存于地球陆地之上和海洋表面之下各约100米厚的范围内。
生物圈主要由生命物质、生物生成性物质和生物惰性物质三部分组成。生命物质又称活质，是生物有机体的总和；生物生成性物质是由生命物质所组成的有机矿物质相互作用的生成物，如煤、石油、泥炭和土壤腐殖质等；生物惰性物质是指大气低层的气体、沉积岩、黏土矿物和水。
由此可见，生物圈是一个复杂的、全球性的开放系统，是一个生命物质与非生命物质的自我调节系统。它的形成是生物界与水圈、大气圈及岩石圈(土圈)长期相互作用的结果，生物圈存在的基本条件是：
(1)可以获得来自太阳的充足光能。因一切生命活动都需要能量，而其基本来源是太阳能，绿色植物吸收太阳能合成有机物而进入生物循环。
(2)要存在可被生物利用的大量液态水。几乎所有的生物全都含有大量水分，没有水就没有生命。
(3)生物圈内要有适宜生命活动的温度条件，在此温度变化范围内的物质存在气态、液态和固态三种变化。
(4)提供生命物质所需的各种营养元素，包括O、N、C、K、Ca、Fe、S(氧元素、氮元素、碳元素、钾元素、钙元素、铁元素、硫元素)等，它们是生命物质的组成部分或中介。
总之，地球上有生命存在的地方均属生物圈。生物的生命活动促进了能量流动和物质循环，并引起生物的生命活动发生变化。生物要从环境中取得必需的能量和物质，就得适应环境，环境发生了变化，又反过来推动生物的适应性，这种反作用促进了整个生物界持续不断的变化。
生物圈究竟有多大呢？
生物圈包括海平面以上约10000米至海平面以下11000米处，包括大气圈的下层，岩石圈的上层，整个土壤圈和水圈。但是，大部分生物都集中在地表以上100米到水下100米的大气圈、水圈、岩石圈、土壤圈等圈层的交界处，这里是生物圈的核心。
生物圈里繁衍着各种各样的生命，为了获得足够的能量和营养物质以支持生命活动，在这些生物之间，存在着吃与被吃的关系。“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米”，这句俗语就体现了这样一种简单的关系。但是，要维持整个庞大的生物圈的生命活动，这么简单的关系显然是不行的。生物圈自有它的解决办法。生物圈中的各种生物，按其在物质和能量流动中的作用，可分为：
(1)生产者，主要是绿色植物，它能通过光合作用将无机物合成为有机物。
(2)消费者，主要指动物(人当然也包括在内)。有的动物直接以植物为生，叫做一级消费者，比如羚羊；有的动物则以植食动物为生，叫做二级消费者；还有的捕食小型肉食动物，被称为三级消费者。至于人，则是杂食动物。
(3)分解者，主要指微生物，可将有机物分解为无机物。
这三类生物与其所生活的无机环境一起，构成了一个生态系统：生产者从无机环境中摄取能量，合成有机物；生产者被一级消费者吞食以后，将自身的能量传递给一级消费者；一级消费者被捕食后，再将能量传递给二级、三级……最后，当有机生命死亡以后，分解者将它们再分解为无机物，把来源于环境的，再复归于环境。这就是一个生态系统完整的物质和能量流动。只有当生态系统内生物与环境、各种生物之间长期的相互作用下，生物的种类、数量及其生产能力都达到相对稳定的状态时，系统的能量输入与输出才能达到平衡；反过来，只有能量达到平衡，生物的生命活动也才能相对稳定。所以，生态系统中的任何一部分都不能被破坏，否则，就会打乱整个生态系统的秩序。
地球的公转
地球在公转过程中，所经过的路线上的每一点，都在同一个平面上，而且构成一个封闭曲线。这条地球在公转过程中所走的封闭曲线，叫做地球轨道。
如果我们把地球看成为一个质点的话，那么地球轨道实际上是指地心的公转轨道。
严格地说，地球公转的中心位置不是太阳中心，而是地球和太阳的公共质量中心，不仅地球在绕该公共质量中心转动，太阳也在绕该点在转动。但是，太阳是太阳系的中心天体，地球只不过是太阳系中一颗普通的行星。太阳质量是地球质量的33万倍，日地的公共质量中心离太阳中心仅450千米。这个距离与约为70万千米的太阳半径相比，实在是微不足道的，与日地1.5亿千米的距离相比，就更小了。所以把地球公转看成是地球绕太阳(中心)的运动，与实际情况是十分接近的。
地球轨道的形状是一个接近正圆的椭圆，太阳位于椭圆的一个焦点上。椭圆有半长轴、半短轴和半焦距等要素，分别用a、b、c表示，其中a又是短轴两端对于焦点(F1、F2)的距离。
半焦距与半长轴和平短轴之间存在着这样的关系：
即c2=a2-b2
半焦距c与半长轴a的比值c/a，是椭圆的偏心率，用e表示，即e=c/a，偏心率是椭圆形状的一种定量表示，e的数值大于0而小于1。椭圆越接近于圆形，则e的数值就越小，即接近于0；椭圆越扁，e的数值就越大。经过测定，地球轨道的半长轴a为1.496亿千米，半短轴b为1.4958亿千米。根据这个数据计算出地球轨道的偏心率为0.0167。
可见，地球轨道非常接近于圆形。
由于地球轨道是椭圆形的，随着地球的绕日公转，日地之间的距离就不断变化。地球轨道上距太阳最近的一点，即椭圆轨道的长轴距太阳较近的一端，称为近日点。在近代，地球过近日点的日期大约在每年一月初。此时地球距太阳约为1.471亿千米，通常称为近日距。地球轨道上距太阳最远的一点，即椭圆轨道的长轴距太阳较远的一端，称为远日点。在近代，地球过远日点的日期大约在每年的7月初。此时地球距太阳约为1.521亿千米，通常称为远日距。
近日距和远日距二者的平均值为1.496亿千米，这就是日地平均距离，即1个天文单位。
根据椭圆周长的计算公式：L=2仔琢(1-0.25伊e2)计算出地球轨道的全长是9.4亿千米。
地球的公转方向与自转方向一致，从北极看，是按逆时针方向公转的，即自西向东。这与太阳系内其他行星及多数卫星的公转方向是一致的，平均角速度为每小时15°。在地球赤道上，自转的线速度是每秒465米。
公转与太阳运动
地球公转是从太阳的周年视运动中发现的。为了说明太阳的周年视运动，我们首先用一个动点与一个定点的关系来进行分析。
假如，动点A在绕定点B做圆周运动。则在定点B看上去，A点的轨迹是一个圆形，A点的运动方向是逆时针的。这种情况，与从动点A看定点B的运动特征是完全相同的，B点的运动轨迹也是圆形的，运动方向也是逆时针的。
但是，A绕B的运动是一种真运动，而B绕A的运动则是一种视运动，它是A绕B运动的一种直观反映。
63地球的绕日公转和在地球上的观测者见到的太阳视运动的特点与上述情况相同。尽管实际情况是地球绕日公转，但是作为地球上的观测者，只能感到太阳相对于星空的运动，这种运动的轨迹平面与地球轨道平面是重合的，方向、速度和周期都与地球的相同。太阳相对星空的运动，是一种视运动，称为太阳周年视运动。太阳周年视运动实际上是地球公转在天球上的反映。
地球轨道面和黄道面如前所述，地球在其公转轨道上的每一点都在相同的平面上，这个平面就是地球轨道面。地球轨道面在天球上表现为黄道面，同太阳周年视运动路线所在的平面在同一个平面上。
地球的自转和公转是同时进行的，在天球上，自转表现为天轴和天赤道，公转表现为黄轴和黄道。天赤道在一个平面上，黄道在另外一个平面上，这两个同心的大圆所在的平面构成一个23°26忆的夹角，这个夹角叫做黄赤交角。
黄赤交角的存在，实际上意味着，地球在绕太阳公转过程中，自转轴对地球轨道面是倾斜的。由于地轴与天赤道平面是垂直的，地轴与地球轨道面交角应是90°-23°26忆，即66°34忆。地球无论公转到什么位置，这个倾角都是保持不变的。
在地球公转的过程中，地轴的空间指向在相当长的时期内是没有明显改变的。目前北极指向小熊星座琢星，即北极星附近，这就是天北极的位置。也就是说，地球在公转过程中地轴是平行地移动的，所以无论地球公转到什么位置，地轴与地球轨道面的夹角是不变的，黄赤交角也是不变的。
黄赤交角的存在，也表明黄极与天极的偏离，即黄北极(或黄南极)与天北极(或天南极)在天球上偏离23°26忆。
我们所见到的地球仪，自转轴多数呈倾斜状态，它与桌面(代表地球轨道面)呈66°34忆的倾斜角度，而地球仪的赤道面与桌面呈23°26忆的交角，这就是黄赤交角的直观体现。
地球公转的周期
地球绕太阳公转一周所需要的时间，就是地球公转周期。笼统地说，地球公转周期是1“年”。因为太阳周年视运动的周期与地球公转周期是相同的，所以地球公转的周期可以用太阳周年视运动来测得。地球上的观测者，观测到太阳在黄道上连续经过某一点的时间间隔，就是1“年”。由于所选取的参考点不同，则“年”的长度也不同。常用的周期单位有恒星年、回归年和近点年。
1.恒星年
地球公转的恒星周期就是恒星年。这个周期单位是以恒星为参考点而得到的。在一个恒星年期间，从太阳中心上看，地球中心从以恒星为背景的某一点出发，环绕太阳运行一周，然后回到天空中的同一点；从地球中心上看，太阳中心从黄道上某点出发，这一点相对于恒星是固定的，运行一周，然后回到黄道上的同一点。因此，从地心天球的角度来讲，一个恒星年的长度就是视太阳中心，在黄道上，连续两次通过同一恒星的时间间隔。