Quando l'altitudine aumenta, la temperatura dell'aria diminuisce. Questo perché, con un aumento di altitudine, c'è una diminuzione della pressione dell'aria. Quando la pressione dell'aria diminuisce, l'aria si raffredda.
La densità delle molecole d'aria è maggiore vicino alla superficie e si assottiglia quando aumenta l'altitudine. Uno dei motivi principali per una maggiore densità di molecole d'aria più vicine alla superficie terrestre è la gravità. La forza di gravità diminuisce a distanze più lontane dalla superficie terrestre, quindi la presa del pianeta sulle molecole d'aria è massima a quote più basse. Una maggiore densità di molecole d'aria implica una maggiore pressione dell'aria. Secondo la legge di Gay-Lussac, la pressione dei gas è direttamente proporzionale alla temperatura dei gas per un volume costante. Una pressione più elevata a una quota inferiore implica quindi una temperatura più elevata. Quando la pressione dell'aria diminuisce con l'altitudine, aumenta anche la temperatura.
Un altro fattore che contribuisce alla differenza di temperatura basata sull'altitudine è l'effetto serra. Quando la luce del sole cade sulla superficie terrestre, una parte del suo calore viene assorbita dalle molecole di gas presenti nell'ambiente circostante. Un numero più elevato di molecole di gas implica una maggiore quantità di calore che viene assorbita. Poiché la densità delle molecole di gas è maggiore a basse altitudini, più calore viene assorbito e trattenuto dai gas serra rispetto alle altezze superiori. Questo rende l'aria più calda vicino alla superficie terrestre.
