Характерна незначна зміна температури у шарі 11-25 км (нижній шар стратосфери) та підвищення її в шарі 25-40 км від -56,5 до 0,8 ° С (верхній шар стратосфери або область інверсії). Досягши на висоті близько 40 км значення близько 273 К (майже 0 ° C), температура залишається постійною до висоти близько 55 км.
Середня по планеті температура у нижніх шарах тропосфери (На поверхні Землі) становить приблизно 15°, а у верхній частині тропосфери вона знижується до -63 °. При підйомі тропосфері на 100 метрів тиск повітря падає приблизно на 10 мілібар, а температура знижується загалом на 0,65 градуса.
Вище за тропосферу, до висоти 50 км, розташована стратосфера. У ній є ще одна поверхня нагріву – шар озону. Озон концентрується у шарі 15-25 км та поглинає ультрафіолетове випромінювання Сонця, тому температура в стратосфері спочатку залишається майже постійною, а потім навіть підвищується.
Температура повітря з заввишки, Як правило, знижується. Це тому, що повітря нагрівається в тропосфері від Землі. У середньому на кожні 100 метрів підняття температура повітря знижується на 0,6 °, або на 6 ° на 1 кілометр. Ця зміна температури називається вертикальним градієнтом температури.