地球固体表面以上，根据物质性状可以分为大气圈、水圈和生物圈。大气圈是包围着地球的气体，厚度有几万千米，总质量约5136108t。由于受地心的引力，以地球表面的大气最稠密(约有3/4集中在地面到100km高度范围内，1/2集中在地面至10km高度范围内)，向外逐渐稀薄，过渡为宇宙气体，故大气圈无明确的上界。大气有明显的可压缩性，其密度和压力与温度成反比，并与高度成反比，以海平面的密度和压力最大。根据温度和密度等大气物理特征可将大气圈自下而上分为对流层、平流层、中间层、暖层和散逸层，其中与人类关系最密切的是对流层和平流层。
水圈是地球表层的水体，占地球总质量的0.024%。其中绝大部分汇集在海洋里(占总水量的97%)，另一部分分布在陆上河流、湖沼和表层岩石的孔隙中。此外，地球上的水还以固态水(两极和山地的冰川)或水汽的形式存在，其中冰川约占总水量的2%。陆上江河湖沼的水或直接、或通过水汽、地下水与海洋相通。所以地球上的水体构成了包围地球的完整圈层水圈。水圈既独立存在，又渗透于大气圈、岩石圈和生物圈中，并在其间不断循环。水循环是地球外部圈层物质循环最重要的方式之一。
生物圈是地球上生物(包括动物、植物和微生物)生存和活动的范围。现代地球的大气圈、水圈和岩石圈构成了一个适宜生命存在的环境。地球独特的天文条件，加上大气圈、水圈和生物圈本身等的调节作用，提供了适于生命的各种气候条件;磁层和大气层将有害于生命的高能辐射和带电离子阻挡或吸收;生物通过呼吸或光合作用在大气中进行着必不可少的氧与二氧化碳的交换;水圈和岩石圈为生物提供着必需的水分和矿物养料等等。这样，在岩石圈上部、大气圈下部和水圈的全部，到处都有生命的踪迹。生物所导致的或以生物活动为中心的物质循环不仅是地球各圈层间物质循环的重要内容，还是各圈层相互联系的重要纽带。
在太阳系中，地球是唯一具有水圈和生物圈的行星，其大气圈也是独特的。这是地球在得天独厚的天文条件下不断演变的结果。大气圈、水圈、生物圈和岩石圈在地表附近相互渗透、相互交错、相互重叠，又使地球上形成了独特的自然环境和表层物质结构。在地球表层，通过水、生物以及其他各种物质循环进行着彼此间复杂的能量和物质的交换。
