W troposferze temperatura spada średnio o 0,6°C na 100 m, przy jej górnej granicy nad równikiem wynosi ok. -70°C przez cały rok, natomiast nad biegunami ok. -45°C latem, a zimą ok. -70°C.
W tropopauzie panuje stała temperatura wynosząca ok. -60°C.
W stratosferze temperatura wzrasta, 0°C osiąga w stratopauzie.
W mezosferze następuje ponowny spadek temperatury, w mezopauzie wynosi ok. -80°C.
Termosferę charakteryzuje stały wzrost temperatury, nawet do 1000-1500°C przy górnej granicy.
W egzosferze temperatura spada do ok. -273°C.
Powodem wzrostu temperatury w stratosferze jest występująca w niej warstwa ozonowa, w reakcjach powstawania ozonu wyzwala się ciepło, które powoduje wzrost temperatury powietrza.