W troposferze temperatura spada, ponieważ wysokość wzrasta przede wszystkim dlatego, że atmosfera Ziemi jest podgrzewana w górę od najniższego poziomu. Chociaż światło słoneczne przechodzi przez wyższe wysokości, aby dotrzeć do powierzchni Ziemi, powierzchnia jest znacznie lepiej absorbować ciepło słoneczne.
Powietrze jest cieplejsze w pobliżu źródła ciepła niż powietrze dalej od niego, a Ziemia jest źródłem ciepła dla atmosfery. Od samego początku ciepło stopniowo promieniuje przez troposferę, a jej część promieniuje w przestrzeń kosmiczną. Dodatkowo powietrze ma niskie przewodnictwo cieplne według objętości. Gdy ciepłe powietrze unosi się i rozszerza, odsuwa się od istniejącej atmosfery, ale przenosi tak mało ciepła, że proces ten powoduje stratę energii netto. Istnieją jednak wyjątki zwane inwersjami temperatury, które są powodowane przez ciepłe fronty, upwelling oceaniczny i inne efekty pogodowe. Również temperatura spada wraz z wysokością tylko w troposferze i mezosferze; w termosferze wysoko nad ziemią promieniowanie ultrafioletowe, a nie powierzchnia Ziemi, jest głównym źródłem ciepła, tak jak to się dzieje w stratosferze. Termosfera ma swoją nazwę, ponieważ poszczególne cząsteczki powietrza mogą osiągnąć tam temperaturę 2500 stopni Celsjusza. Poza termosferą znajduje się egzosfera, która jest krawędzią przestrzeni.
