Tùy thuộc vào lớp của khí quyển, nhiệt độ có thể giảm hoặc tăng khi độ cao tăng lên. Năm lớp của khí quyển, từ thấp nhất đến cao nhất, là tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng trung lưu, khí quyển và ngoại quyển.
Trong tầng đối lưu, nhiệt độ giảm khi độ cao tăng lên vì nó mất nhiệt tỏa ra từ bề mặt Trái đất. Ở tầng bình lưu, nhiệt độ tăng khi độ cao tăng lên do lượng tia cực tím hấp thụ ôzôn tăng lên. Ở tầng trung lưu, nhiệt độ giảm khi độ cao tăng lên và có thể lên tới -194 độ F. Ngược lại, nhiệt độ trong khí quyển có thể lên tới hơn 2.700 độ F.
