Верхняя граница биосферы определяется озоновым экраном, представляющим собой тонкий слой (2–4 мм) газа озона (O3). Роль озонового слоя в биосфере велика: он задерживает губительные для живого ультрафиолетовые лучи солнечного света. Этот слой расположен на высотах 16–20 км.
Нижняя граница биосферы неровная. К примеру, в литосфере живые организмы или продукты их жизнедеятельности можно встретить на глубине 3,5–7,5 км, а в Мировом океане — на глубине 10–11 км.
Нижняя граница на суше связана с областями «былых биосфер» — так В.И. Вернадский назвал сохранившиеся остатки биосфер прошлых геологических эпох (накопления осадочных пород, углей, горючих сланцев и др.) Живые организмы распространены в биосфере крайне неравномерно.Основная их масса сконцентрирована в приповерхностном слое суши толщиной 50–100 м и в приповерхностной толще воды (10–20 м). Все это — зоны контакта между литосферой, атмосферой и гидросферой. Здесь находится более 90% биомассы Земли. Но и в приповерхностном слое имеются пространства, густо заселенные живыми организмами (тропики и субтропики, теплые моря), и менее заселенные территории (пустыни, высокогорья, арктические и антарктические области). Для остальных территорий биосферы характерно, по словам В.И. Вернадского, «разрежение живого вещества». Больше всего растений и животных обитает у земной поверхности. Это поверхность суши и воздух над ней до высоты ок. 150 м, почва, поверхностные воды Океана и его дно на небольших глубинах, куда проникает солнечный свет. Микроорганизмы обнаружены даже в стратосфере, в буровых скважинах на глубине 4,5 км. Лишены жизни подземные воды с концентрацией солей свыше 270 г/л.