宇宙线进入地球大气层后，由于与大气的相互作用，宇宙线的强度随高度发生变化。在50公里以上，宇宙线强度几乎保持不变，这表明50公里以上的大气对宇宙线强度影响不大。这部分粒子包括初级宇宙线和它与大气相互作用反射出来的“反照粒子”。在50公里以下，地球大气对宇宙线的影响增强，产生出大量次级粒子。随着大气密度的增加，次级粒子越来越多，宇宙线强度很快增大，至19公里附近形成极大值。随后，由于大气对粒子的吸收，强度又随大气密度的增加而逐渐减少。
影响地面宇宙线强度的主要因素是大气压力和大气温度。当大气压力和大气温度变动时，大气密度和等压面的高度也相应变动，因而次级粒子产生层的高度和粒子的吸收情况也跟着变化，影响到达地面的粒子强度。要从地面宇宙线强度记录求出初级宇宙线强度的变化，必须对大气因素进行改正。
此外，宇宙线在大气中产生的电离，会影响低电离层的电子密度及大气电导率，从而影响大气电场和电流，甚至也可能对天气过程产生影响。