Selon la couche de l'atmosphère, la température peut diminuer ou augmenter à des altitudes croissantes. Les cinq couches de l'atmosphère, de la plus basse à la plus haute, sont la troposphère, la stratosphère, la mésosphère, la thermosphère et l'exosphère.
Dans la troposphère, les températures diminuent à mesure que l'altitude augmente car elle perd la chaleur émise par la surface de la Terre. Dans la stratosphère, la température augmente avec l'altitude à mesure que la quantité de rayons ultraviolets absorbant l'ozone augmente. Dans la mésosphère, les températures diminuent à mesure que l'altitude augmente et peuvent atteindre -194 degrés Fahrenheit. En revanche, les températures dans la thermosphère peuvent atteindre plus de 2 700 degrés Fahrenheit.