Un premier niveau est généralement reconnu dans la troposphère, défini par l'influence du substrat géographique, que l'on appelle couche limite planétaire. Elle est dominée par le mélange d'air turbulent, généré par le frottement permanent avec la surface rugueuse du sol et par la montée par convection des bulles d'air chauffées.
Cette couche est classiquement attribuée à un hauteur de 600 à 800 m, mais peut aller de quelques dizaines de mètres à un ou deux km, selon des facteurs aussi variés que la topographie, la rugosité de la surface, la nature du couvert végétal, l'intensité du vent, le degré d'échauffement ou de refroidissement du sol, l'advection de chaleur et humidité, etc. Pendant la journée, l'apport de chaleur et le mélange vertical de l'air qui en résulte augmentent l'épaisseur de la couche limite, qui atteint sa hauteur maximale en début d'après-midi; au contraire, pendant la nuit, le refroidissement du sol empêche les turbulences et son épaisseur est réduite.
Parfois, en plus, la structure verticale de la couche limite permet de différencier plusieurs niveaux:
1) un couche laminaire moléculaire, en contact avec le sol, à peine quelques millimètres d'épaisseur, dominée par les effets de viscosité superficielle;
2) puis un couche turbulente plusieurs dizaines de mètres de haut, caractérisés par l'intense turbulence de l'air; et
3) le niveau supérieur, où la force de Coriolis sur le vent, appelée cape ekman.
Déjà au-dessus de la troposphère libre se trouve, avec un air plus propre et moins dense, où la température baisse à un taux moyen de 6 ºC / km.