În troposferă, temperatura scade, pe măsură ce altitudinea crește, în primul rând pentru că atmosfera pământului este încălzită în sus de cel mai jos nivel. Deși lumina soarelui trece prin altitudini mai mari pentru a ajunge la suprafața Pământului, mai bine la absorbția căldurii solare.
Aerul este mai cald lângă o sursă de căldură decât aerul mai îndepărtat de el, iar Pământul este o sursă de căldură pentru atmosferă. De la sol, căldura radiază treptat prin troposferă, cu o parte din ea radiind în spațiu. În plus, aerul are conductivitate termică scăzută în volum. Pe masura ce aerul cald se ridica si se extinde, acesta impinge impotriva atmosferei existente, dar transfera atat de putina caldura incat procesul duce la o pierdere nete de energie. Cu toate acestea, există excepții cunoscute sub numele de inversiuni de temperatură, acestea fiind cauzate de fronturi calde, de peisajul oceanic și alte efecte meteorologice. De asemenea, temperatura scade cu altitudine numai în troposferă și mezosferă; în termosfera deasupra Pământului, radiația ultravioletă, nu suprafața Pământului, este sursa primară de căldură, așa cum este în stratosfera. Termosfera își are numele deoarece moleculele individuale de aer pot ajunge la o temperatură de 2.500 grade Celsius acolo. Dincolo de termosferă este exosfera, care este marginea spațiului.
