大氣層分很多層，低層是對流層，中間有平流層，最上面的是高層大氣。

物理學中，高溫物體釋放短波輻射，低溫物體釋放長波輻射。對流層中的水分，二氧化碳，塵埃顆粒等物質主要吸收長波輻射，太陽溫度高釋放的是短波輻射，而短波輻射無法被對流層中的大氣吸收，於是來到地面，被地面吸收。地面相對低溫，所以地面吸收太陽的短波輻射後釋放長波輻射，於是對流層的熱量主要來自於地面，離地越近氣溫就越高。對流層內上冷下熱，熱氣上升，冷氣下降，所以叫做對流層，而這一層內的雲雨現象活躍，雲雨的本質就是對流運動。

所以在對流層內是上冷下熱，而溫室效應的原理是對流層內二氧化碳濃度高，也就更容易吸收地面來的長波輻射，在吸收的同時也會釋放長波輻射到地面，這個過程叫做大氣逆輻射，所以二氧化碳排放量過高就容易造成溫室效應。

在對流層的上面是臭氧層，而薄薄的臭氧層上方是平流層，在平流層內多少分佈做一些臭氧，臭氧可以直接吸收太陽的短波輻射，也就是說，平流層內，越高相對的氣溫也就越高，所以平流層內氣溫大致上是上熱下冷，氣流穩定，所以飛機在此層內飛行。

而再往上空氣越稀薄，本來就對太陽的短波輻射吸收能力較弱，而且離地面也遠，所以溫度也就越低。

一萬米以上高空的氣溫比較低：海拔高度每升高100米，溫度就會降低0.6度，這個變化一直到10000，主要有一下幾點

（1）大氣層吸收的太陽輻射並不多，且距離地面越高空氣密度越低，大氣吸收太陽輻射的能力越弱；

（2）靠近地面的大氣，除了吸收更多的太陽輻射之外，還能吸收地面的輻射熱量；

（3）地面熱量除了來自於太陽輻射外， 有部分熱量還來自於地球內部；

太陽輻射照射到地球時，有三分之一的能量被大氣和地面反射回宇宙空間，然後有大約20%被大氣吸收，剩下不到50%被地面的水、岩石和土壤吸收。