La température des couches atmosphériques est déterminée par la composition de l'air, le mouvement et la densité de chaque couche. Dans la troposphère, par exemple, il fait plus chaud au niveau de la couche de base car l'air absorbe la chaleur de la la surface de la terre. Comme la densité de l'air diminue avec l'altitude, la température diminue également.
Dans la stratosphère, la quantité de vapeur d'eau diminue tandis que la concentration d'ozone augmente avec l'altitude. Cela entraîne une augmentation de la température car la formation d'ozone produit de la chaleur et les molécules d'ozone absorbent les rayons ultraviolets du soleil.
En remontant de la stratosphère à la mésosphère, les molécules d'oxygène deviennent moins denses et la température chaude recommence à baisser avec l'augmentation de l'altitude. La température est la plus froide dans cette couche ; il atteint -90 à -120 degrés Celsius.
Dans la thermosphère, la température monte jusqu'à 2 000 degrés Celsius avec l'augmentation de l'altitude, car les molécules absorbent les rayons X et les rayons ultraviolets de haute intensité du soleil. Étonnamment, la température de l'air dans cette couche est froide pour la peau car la densité de l'air est très faible. Les astronautes dans l'espace préfèrent rester en orbite dans cette couche. L'air dans l'exosphère est trop fin pour se réchauffer et les molécules s'échappent dans l'espace. Cependant, la température dans certaines parties de l'espace peut être très élevée à cause du vent solaire.
