La atmósfera de la Tierra es una capa de gas que cubre toda la superficie del planeta. Es gracias a esta atmósfera que la vida es posible en la Tierra. Está compuesta principalmente por nitrógeno en un 78%, oxígeno con 21%, argón con 0.9%, dióxido de carbono con un 0.042% (y aumentando) y otros gases.
La atmósfera se divide en 5 secciones de acuerdo a cambios en su temperatura. La capa más interna y donde nosotros vivimos es la troposfera. En esta capa se dan todos los fenómenos meteorológicos que nos afectan directamente: el viento, la lluvia, las tormentas, los huracanes, los tornados, las nevadas, las granizadas. La altura de esta capa no es fija — depende de la hora del día, la temporada del año y del lugar del planeta — pero en promedio es más ancha en el ecuador (alrededor de 9 km) que en los polos (5 km).
Mientras que en la troposfera la temperatura disminuye con la altura, en la estratósfera sucede lo contrario, debido a que es el lugar donde se forma el ozono. Además de luz visible, del Sol también recibimos rayos ultravioleta, los cuales tienen energía suficiente para romper moléculas de oxígeno (O₂), dejando átomos de oxígeno libres que se unen a otras moléculas de O₂ formando ozono (O₃). Así, cuando se dice que la capa de ozono nos protege de los rayos ultravioleta, en realidad los rayos ultravioleta son absorbidos para crear ozono.
Si tenemos una nube de tormenta a la vista y esta alcanza altura suficiente, la parte superior se aplana tomando forma de yunque: ahí empieza la estratósfera, que se extiende hasta una altura de 50 km. Más arriba, en la mesosfera, la temperatura vuelve a descender hasta llegar a la termosfera, donde sube hasta unos 2000 °C — aunque la densidad es tan baja que en la piel la sentiríamos muy fría. Finalmente, por encima está la exosfera: las moléculas de aire que la alcanzan escapan hacia el espacio.
Los rayos cósmicos, cuando entran a la atmósfera, producen lo que se conoce como "cascadas de partículas". Traen tanta energía que las partículas secundarias que producen son capaces de producir a su vez más partículas. Así, un solo rayo cósmico primario, dependiendo de su energía, puede producir hasta miles de millones de partículas secundarias entre piones, kaones, muones, electrones, neutrinos y rayos gamma. Esta cascada se propaga por la atmósfera y puede alcanzar el suelo.
La presión, temperatura y humedad de la atmósfera varían constantemente, principalmente por el ciclo del día y la noche. Esto cambia la densidad de moléculas de aire con las que interactúan los rayos cósmicos: se pueden medir variaciones de presión en la atmósfera solo midiendo cambios en el flujo de rayos cósmicos en tierra.
En una nube de tormenta existe una separación de cargas que genera campos eléctricos de millones de volts. Buena parte de las partículas secundarias tienen carga eléctrica, así que sus trayectorias se ven afectadas por estos campos — y cuando hay descargas, las corrientes generan campos magnéticos que también las alteran.
