Nella troposfera, la temperatura diminuisce all'aumentare dell'altitudine principalmente perché l'atmosfera della Terra viene riscaldata verso l'alto dal livello più basso. Anche se la luce solare passa attraverso le altitudini più alte per raggiungere la superficie della Terra, la superficie è molto meglio a assorbire il calore solare.
L'aria è più calda vicino a una fonte di calore rispetto all'aria più lontana da essa e la Terra è una fonte di calore per l'atmosfera. Dal basso verso l'alto, il calore si irradia gradualmente attraverso la troposfera, con una parte che si irradia nello spazio. Inoltre, l'aria ha una bassa conduttività termica in volume. Mentre l'aria calda si alza e si espande, si spinge contro l'atmosfera esistente, ma trasferisce così poco calore che il processo si traduce in una perdita netta di energia. Tuttavia, ci sono eccezioni note come inversioni di temperatura, e queste sono causate da fronti caldi, risalita oceanica e altri effetti meteorologici. Inoltre, la temperatura diminuisce con l'altitudine solo nella troposfera e nella mesosfera; nella termosfera al di sopra della Terra, la radiazione ultravioletta, non la superficie terrestre, è la fonte primaria di calore, come nella stratosfera. La termosfera ha il suo nome perché le singole molecole d'aria possono raggiungere una temperatura di 2.500 gradi centigradi. Oltre la termosfera c'è l'esosfera, che è il limite dello spazio.
