全诗共分三个层次。
第一层次(1-4行)，诗一开始先说古代传说中的海外仙境--瀛洲，虚无缥缈(piāo miǎo)，不可寻求;而现实中的天姥山在浮云彩霓中时隐时现，真是胜似仙境。以虚衬实，突出了天姥胜景，暗蕴着诗人对天姥山的向往，写得富有神奇色彩，引人入胜。这是引起梦游的动因。大意是说，海外来客谈论瀛洲仙山的美妙景致，实在令人神往，只是难以追寻。而浙江人所谈的天姥山那时明时暗、扑朔迷离的云霞却是可能看见的。天姥山高耸入云，横贯天际，气势简直超出了五岳而盖压赤城山。与天姥山毗邻的天台山高达四万八千丈，但与天姥山的雄奇壮观相比，它也显得矮小卑微，像要倾倒在天姥山的东南脚一样。诗人的真正意图是发挥想象表现梦幻的美好和现实的差距。
第二层次(5-17行)，为梦游天姥的全过程，展现出的是一幅一幅瑰丽变幻的奇景：天姥山隐于云霓(ní)明灭之中，引起了诗人探求的想望。是全诗情节内容的主体。
第二层次又可细分为三小层次。
第一小层次(5-8行)写诗人进入了梦幻之中和梦游的`路线。仿佛在月夜清光的照射下，他飞渡过明镜一样的镜湖。明月把他的影子映照在镜湖之上，又送他降落在谢灵运当年曾经歇宿过的地方。他穿上谢灵运当年特制的木屐，登上谢公当年曾经攀登过的石径--青云梯。再一次描写了天姥山的迷人境界。
第二小层次(9-11行)写山中所见所闻。先写天姥山的高且奇：在半山腰可以看到从大海中喷薄而出的一轮朝阳，耳畔又响起天鸡那美妙动听的啼鸣。接着写山的深且远：山路是千岩万转崎岖险峻的，而烂漫的山花又如此迷人，使人留连忘返，倚石稍憩，不觉天色已晚。暮色之中，熊的咆哮，龙的鸣叫，像惊雷一样在岩泉山谷间隆隆作响，使密林为之战栗，峰峦为之惊悚。不仅有生命的熊与龙以吟、咆表示情感，就连静态的层巅、深林也能战栗、惊动，烟、水、青云都满含阴郁，与诗人的情感，协成一体，形成统一的氛围。前面是浪漫主义地描写天姥山既高且奇;后面又是浪漫主义地抒情，既深且远。
第三小层次(12-17行)进入游仙境界 。前面描写的这奇异的境界，已经使人够惊骇的了，但诗人并未到此止步，而诗境却由奇异而转入荒唐，全诗也更进入高潮。“云青青兮欲雨，水澹澹(dàn)兮生烟。烈缺霹雳，丘峦崩摧。洞天石扉，訇(hōng)然中开。”是写诗人梦入仙境时的气氛：在令人惊悚(sǒng)不已的幽深暮色之中，霎时间“丘峦崩摧”，一个神仙世界“訇然中开”，神仙居所的石门轰然一声裂开。“青冥浩荡不见底，日月照耀金银台。霓为衣兮风为马，云之君兮纷纷而来下。”意思是：青色的天空广阔无边，太阳和明月照耀着神仙居住的镶金镂银的楼台，云神穿着霓虹作的衣服乘着马车纷纷从天而降，此时，“虎鼓瑟兮鸾(luán)回车，仙之人兮列如麻”，虎为云神鼓瑟，凤凰为云神驾车，群仙密密麻麻地列队迎候诗人的到来。这是多么盛大而热烈的场面。仙境对诗人的如此器重，与现实中诗人的遭谗(chán)被遣形成何等鲜明的对照呵!仙界愈是重才思贤，就愈显示出现实中权贵小人的嫉贤妒能，排斥异己，为诗歌结尾的激愤之情的抒发埋了伏笔。
第三层次(18-23行)，写梦醒后的感慨。仙境美梦在高潮陡然消失，梦境旋亦破灭，诗人终于在惊悸中返回现实。梦境破灭后，不是随心所欲地轻飘飘地在梦幻中翱翔(áo xiáng)了，而是沉甸甸(diàn)地躺在枕席之上。一切荣辱都仿佛过眼云烟，因此李白才从梦境的幻灭中引发出“古来万事东流水”的“人生如梦”的感慨，其中凝聚了诗人对人生的几多失意和深沉的感慨。
写到此处，诗人并不就此搁笔，继而又掀起更加撼人心魄的感情波澜，“且放白鹿青崖间，须行即骑访名山”，表示他将放弃黑暗仕途，回到大自然中。向山光水色去寻找灵魂的慰藉。徜徉山水的乐趣，才是最快意的。
本来诗意到此似乎已尽，可是最后却愤愤然加添了两句豪气十足的名句“安能摧眉折腰事权贵，使我不得开心颜!”一吐长安三年的郁闷之气。是苦闷到极点后胸中愤懑岩浆的总喷发。天外飞来之笔，点亮了全诗的主题：对于名山仙境的向往，表明了李白对封建权贵永不妥协的反抗精神，也曲折地反映出他对当时上流社会中污秽(wū huì)、庸俗(yōng sú)、丑恶现象的鄙视和厌弃。它唱出封建社会中多少怀才不遇的人的心声。