Die vielleicht 100 Kilometer dicke "untere" Atmosphäre unserer Erde, die Homosphäre, enthält hauptsächlich ein Gemisch von Wasserdampf und so genannter "trockener Luft", die sich aus 78 Prozent Stickstoff, etwa 0,03 Prozent Kohlendioxid sowie Spuren von Edelgasen zusammensetzt – und rund 21 Prozent Sauerstoff, einem im Vergleich zu anderen Planeten ungewöhnlich hohen Anteil. Wahrscheinlich stieg dieser über einen langen Zeitraum hinweg allmählich als Abfallprodukt der Fotosynthese an. Das Verhältnis der "trockenen" Gase zueinander bleibt in unserer Lufthülle sonst relativ konstant und unterscheidet sich auch nicht wesentlich in bodennahen oder sehr hohen Schichten.

Allerdings: Mit zunehmender Entfernung vom Meeresspiegel wird die Luft immer dünner – und somit werden auch alle Moleküle seltener, inklusive des Sauerstoffs. Grund für die nach oben hin sinkende Dichte ist das Luftdruckgefälle, das in der Atmosphäre entsteht, weil die oberen Luftschichtmassen auf den unteren lasten. Nun sind Gase komprimierbar, und so nimmt nicht nur der Druck, sondern auch die Moleküldichte bis auf Meereshöhe hinunter zu (wo durchschnittlich 1013,25 Hektopascal herrschen). Umgekehrt presst, je höher man geht, immer weniger Luftmasse von oben. Deshalb verringert sich die Luftdichte etwa alle 5,5 Kilometer aufwärts um die Hälfte. Oder, in anderen Zahlen: An der Erdoberfläche enthält ein Kubikzentimeter Luft etwa 10¹⁹ Moleküle, in 250 Kilometer Höhe sind es etwa eine Million und in 800 Kilometer Höhe nur noch ein einziges.

Dort, in der Exosphäre, können Gasmoleküle der Erde übrigens auch ganz entkommen: Die Schwerkraft zieht sie zwar in Richtung Erdoberfläche, diese Wirkung nimmt aber quadratisch mit zunehmendem Abstand zur Erde ab. Gleichzeitig verteilen temperaturabhängige Diffusionsprozesse die Gasmoleküle der Atmosphäre ständig in alle Richtungen – und durch hohe thermische Energie jenseits der Fluchtgeschwindigkeit nach außen beschleunigte Moleküle können so per Zufall dem Gravitationseinfluss der Erde ins All entkommen.

Menschen wird hunderte Kilometer weiter unten der Mangel an Luft zum Problem – oder genauer gesagt, der Mangel an Sauerstoff, dessen sinkender Partialdruck uns ab einer Höhe von rund 2000 bis 2500 Metern Probleme machen kann. Der Sauerstoffpartialdruck entscheidet darüber, wie viel Sauerstoff unser Blut bei jedem Atemzug aufnehmen kann: Bei höherem Druck lässt sich eine größere Menge Gas in Flüssigkeit lösen. Spürt unser Körper einen Mangel an O₂, so erhöht er die Atemfrequenz: Wir schnappen nach Luft. Die Sauerstoffunterversorgung kann Kopfschmerzen, Benommenheit und Übelkeit verursachen – und im schlimmsten Fall das Entstehen von tödlichen Ödemen in Gehirn oder Lunge fördern.

Normalerweise ist unser Körper allerdings in der Lage, sich innerhalb weniger Tage an das Leben in größeren Höhen anzupassen: Wir bilden mehr rote Blutkörperchen für den Sauerstofftransport, nachdem das in den Nieren vermehrt gebildete Hormon Erythropoietin (EPO) den Befehl dazu gegeben hat. EPO ist auch als Dopingmittel bekannt - und der Grund, warum viele Spitzensportler vor Wettkämpfen ein Höhentraining absolvieren. Menschen, deren Vorfahren schon über Hunderte von Generationen im Gebirge lebten wie zum Beispiel die Tibeter, besitzen dagegen Genvarianten, die eine noch bessere Höhenanpassung bewirken: Sie sorgen etwa für stärker geweitete Gefäße, was die Verklumpungsgefahr der Blutzellen verringert und einen schnelleren Blutfluss ermöglicht. So werden die Zellen auch bei geringerem Sauerstoffgehalt im Blut mit genügend Sauerstoff versorgt.