क्षोभमंडल पृथ्वी के वायुमंडल की सबसे निचली परत है और पृथ्वी पर सभी मौसमों का स्थल है। क्षोभमंडल शीर्ष पर हवा की एक परत द्वारा बंधा होता है जिसे ट्रोपोपॉज़ कहा जाता है, जो क्षोभमंडल को समताप मंडल से और तल पर पृथ्वी की सतह से अलग करता है। क्षोभमंडल ध्रुवों की तुलना में भूमध्य रेखा पर चौड़ा है।
क्षोभमंडल में वायुमंडल के द्रव्यमान का 75 प्रतिशत हिस्सा होता है- एक औसत दिन में हवा में अणुओं का वजन 14.7 lb और अधिकांश वायुमंडल का जल वाष्प होता है। जल वाष्प की सांद्रता ध्रुवीय क्षेत्रों में ट्रेस मात्रा से लेकर उष्णकटिबंधीय में लगभग 4 प्रतिशत तक भिन्न होती है।
अधिकांश प्रचलित गैसें नाइट्रोजन (78 प्रतिशत) और ऑक्सीजन (21 प्रतिशत) हैं, शेष 1 प्रतिशत में आर्गन, (.9 प्रतिशत) और हाइड्रोजन ओजोन और अन्य घटक शामिल हैं। क्षोभमंडल में तापमान और जल वाष्प की मात्रा ऊंचाई के साथ तेजी से घटती है। जल वाष्प हवा के तापमान को नियंत्रित करने में एक प्रमुख भूमिका निभाता है क्योंकि यह ग्रह की सतह से सौर ऊर्जा और थर्मल विकिरण को अवशोषित करता है।
क्षोभमंडल में वायुमंडल में 99% जल वाष्प होता है। जल वाष्प सांद्रता अक्षांशीय स्थिति (उत्तर से दक्षिण) के साथ बदलती रहती है। वे उष्ण कटिबंध के ऊपर सबसे बड़े हैं, जहां वे 3% तक ऊंचे हो सकते हैं और ध्रुवीय क्षेत्रों की ओर घट सकते हैं
कार्बन डाइऑक्साइड कम मात्रा में मौजूद है, लेकिन 1900 के बाद से इसकी सांद्रता लगभग दोगुनी हो गई है। जल वाष्प की तरह, कार्बन डाइऑक्साइड एक ग्रीनहाउस गैस है जो पृथ्वी की कुछ गर्मी को सतह के करीब फँसाती है और इसे अंतरिक्ष में छोड़ने से रोकती है।
वैज्ञानिकों को डर है कि कार्बन डाइऑक्साइड की बढ़ती मात्रा अगली शताब्दी के दौरान पृथ्वी की सतह के तापमान को बढ़ा सकती है, जिससे दुनिया भर में मौसम के पैटर्न में महत्वपूर्ण बदलाव आ सकते हैं। इस तरह के बदलावों में जलवायु क्षेत्रों में बदलाव और ध्रुवीय बर्फ की टोपियों का पिघलना शामिल हो सकता है, जो दुनिया के महासागरों के स्तर को बढ़ा सकता है।
सूर्य द्वारा क्षोभमंडल के क्षेत्रों का असमान ताप (सूर्य ध्रुवों पर हवा की तुलना में भूमध्य रेखा पर हवा को गर्म करता है) संवहन धाराओं का कारण बनता है, हवाओं के बड़े पैमाने पर पैटर्न जो दुनिया भर में गर्मी और नमी को स्थानांतरित करते हैं। उत्तरी और दक्षिणी गोलार्ध में, हवा भूमध्य रेखा और उप-ध्रुवीय (लगभग 50 से लगभग 70 उत्तर और दक्षिण अक्षांश) जलवायु क्षेत्रों के साथ उगती है और ध्रुवीय और उपोष्णकटिबंधीय क्षेत्रों में डूब जाती है। हवा पृथ्वी के घूमने से विक्षेपित होती है क्योंकि यह ध्रुवों और भूमध्य रेखा के बीच चलती है, उष्णकटिबंधीय और ध्रुवीय क्षेत्रों में पूर्व से पश्चिम (पूर्वी हवाओं) की ओर बढ़ने वाली सतही हवाओं की बेल्ट बनाती है, बीच में पश्चिम से पूर्व की ओर चलने वाली हवाएं (पश्चिमी हवाएं) अक्षांश। यह वैश्विक परिसंचरण उच्च और निम्न वायुदाब क्षेत्रों के प्रवास के वृत्ताकार पवन पैटर्न से बाधित है,
घनी आबादी वाले क्षेत्रों के क्षोभमंडल की एक सामान्य विशेषता स्मॉग है, जो दृश्यता को सीमित करता है और आंखों और गले में जलन पैदा करता है। स्मॉग तब उत्पन्न होता है जब प्रदूषक एक उलटा परत के नीचे सतह के करीब जमा हो जाते हैं। और वहां से निकलने वाले प्रदूषकों की उपस्थिति में रासायनिक प्रतिक्रियाओं की एक श्रृंखला से गुजरना पड़ता है।
ऊपरी वायुमंडल में। संवहन क्षोभमंडल में ऊष्मा के ऊर्ध्वाधर परिवहन के लिए जिम्मेदार तंत्र है जबकि क्षैतिज ऊष्मा स्थानांतरण संवहन के माध्यम से पूरा किया जाता है।
पृथ्वी और वायुमंडल के बीच जल के आदान-प्रदान और संचलन को जल चक्र कहा जाता है। चक्र, जो क्षोभमंडल में होता है, तब शुरू होता है जब सूर्य पृथ्वी की सतह से बड़ी मात्रा में पानी का वाष्पीकरण करता है और हवा द्वारा नमी को अन्य क्षेत्रों में ले जाया जाता है।
जैसे ही हवा ऊपर उठती है, फैलती है और ठंडी होती है, जल वाष्प संघनित होता है और बादल विकसित होते हैं। बादल किसी भी समय पृथ्वी के बड़े हिस्से को कवर करते हैं और निष्पक्ष मौसम सिरस से लेकर विशाल मेघपुंज बादलों तक भिन्न होते हैं। जब तरल या ठोस पानी के कण आकार में काफी बड़े हो जाते हैं, तो वे वर्षा के रूप में पृथ्वी की ओर गिरते हैं।
वर्षा का प्रकार जो जमीन पर पहुंचता है, चाहे वह बारिश हो, बर्फ हो, ओलावृष्टि हो या बर्फ़ीली बारिश हो, हवा के तापमान पर निर्भर करती है जिससे वह गिरती है।
जैसे ही सूर्य का प्रकाश वायुमंडल में प्रवेश करता है, एक भाग तुरंत वापस अंतरिक्ष में परावर्तित हो जाता है, लेकिन शेष वायुमंडल में प्रवेश कर जाता है और पृथ्वी की सतह द्वारा अवशोषित हो जाता है। यह ऊर्जा तब पृथ्वी द्वारा लंबी-तरंग विकिरण के रूप में वायुमंडल में वापस भेज दी जाती है।
कार्बन डाइऑक्साइड और पानी के अणु इस ऊर्जा को अवशोषित करते हैं और इसका अधिकांश भाग फिर से पृथ्वी की ओर उत्सर्जित करते हैं। पृथ्वी की सतह और वायुमंडल के बीच ऊर्जा का यह नाजुक आदान-प्रदान औसत वैश्विक तापमान को साल-दर-साल तेजी से बदलने से रोकता है।