Vedecké štúdie zemskej atmosféry začal v polovici 17. storočia, keď vedci zistili, že atmosféra vyvíja tlak na povrchu Zeme. Tieto rané štúdia bola obmedzená predovšetkým na teplotných a tlakových meraní vykonaných z rôznych výšok na zemskom povrchu a od drakov pre prístroje niesť. Počas neskorých 18. a začiatku 19. storočia boli posádkou, nástroje nesúce balóny použitý, pre meranie teploty, tlak, vlhkosť, magnetické pole sily, a ďalšie vlastnosti atmosféry až do výšky asi 25.000 stôp (7600 m). Od sklonku 19. storočia, kedy sa stal k dispozícii nahrávanie sa automaticky nástroje boli používané bezpilotné balóny.
V roku 1920, rádiové signály boli používané na určenie umiestnenia a rozsahu ionosféry. Od neskorej 1940, majú-raketa nesie nástroje boli použité vyšetrovať hornej atmosféru. Poskytujú údaje o takých veciach, ako je zloženie atmosféry, slnečného žiarenia, kozmických lúčov, iónov a častíc hustoty a polárna žiara. Podrobné štúdie ionosféry a magnetosféry začal s vývojom v roku 1960 vedeckých satelitov, ktoré sa začali na obežnú dráhu Zeme. Prístroje na kozmických sond poskytli vedcom podrobné údaje o atmosfére Venuše, Mars a iné planéty.
