由于对流层中存在逆温或水汽随高度急剧变小的层次，在该层中电波形成超折射传播，大部分电波辐射被限制在这一层内传播的现象。

当对流层的某层出现逆温或水汽急剧减小，导致空气密度和折射率的垂直变化很大，造成无线电波射线的超折射传播，其电磁能量在该层大气的上下壁之间来回反射向前传播，好像在波导内进行的现象（如图1）。大气波导层可以是贴地面的，也可以是悬空的大气层。对于一定的折射率垂直梯度和波导层厚度的大气波导来说，只有小于一定的仰角与波长的无线电波才能在大气波导层中传播。大于该仰角和波长时，电波将透过大气波导层，该仰角和波长称为穿透角和临界波长。大的折射率垂直变化和厚的波导层，其穿透角和临界波长也大，这样可以使较大仰角和波长的无线电波射线在大气波导层中传播。无线电波的大气波导传播，主要在厘米波波段。它可以使雷达和通信的工作距离增加，但是也会使雷达定位产生偏差。大气波导是由气象条件决定的，可以根据气象探测来预测大气波导的出现。

影响大气环境中电磁波传播特性的主要大气因子是大气折射指数。当近地层存在越显著的逆温和随高度减少越迅速的水汽压，则越容易形成超折射。这时由于射线的曲率大于地球表面的曲率，射线传播路径会向地球一侧弯曲，经地面产生反射后继续向前传播，继而又弯向地面，一致重复这个过程，便形成大气波导。大气波导的形成主要分为3种类型：蒸发波导、表面波导和抬升波导。第一种波导主要形成于海洋上空。

（1）蒸发波导：蒸发波导是海洋大气环境中常出现的一种特殊表面波导，它是由于海面水汽蒸发是近海面小范围内大气湿度随高度锐减而形成的。

（2）表面波导：表面波导是下边界与地表相连的大气波导。表面波导一般出现在大气较稳定的晴好天气条件下，此时低层大气存在一个较稳定的逆温层，且湿度随高度递减。

（3）抬升波导：抬升波导是下边界悬空的大气波导。抬升波导下边界高度一般距地面数十米或数百米，在此高度上一般存在一个逆温层。

大气波导发生的大气层即为大气波导层。官莉等研究表明，边界层中的电磁波若要形成波导传播，必须满足4个基本条件：

（1）近地层或边界层某一高度处必须存在大气波导层。

（2）电磁波的波长必须小于最大陷获波长（频率高于最低陷获频率）。

（3）电磁波发射源必须位于大气波导层内。对于抬升波导，有时电磁波发射源位于波导底下方时，也可形成波导传播，但此时发射源必须距波导底不远，且波导必须非常强。

（4）电磁波的发射仰角必须小于某一临界仰角。