Khi độ cao tăng, nhiệt độ không khí giảm. Điều này là do, khi độ cao tăng lên, áp suất không khí giảm. Khi áp suất không khí giảm, không khí lạnh đi.
Mật độ của các phân tử không khí gần bề mặt là lớn nhất và mỏng dần khi độ cao tăng lên. Một trong những lý do chính khiến mật độ phân tử không khí ở gần bề mặt Trái đất cao hơn là do lực hấp dẫn. Lực hấp dẫn giảm dần ở những khoảng cách càng xa bề mặt Trái đất, do đó, hành tinh giữ các phân tử không khí là lớn nhất ở độ cao thấp hơn. Mật độ phân tử không khí cao hơn có nghĩa là áp suất không khí cao hơn. Theo định luật Gay-Lussac, áp suất của chất khí tỉ lệ thuận với nhiệt độ của chất khí đối với thể tích không đổi. Do đó, áp suất cao hơn ở độ cao thấp hơn có nghĩa là nhiệt độ cao hơn. Khi áp suất không khí giảm theo độ cao, nhiệt độ cũng vậy.
Một yếu tố khác góp phần vào sự chênh lệch nhiệt độ dựa trên độ cao là hiệu ứng nhà kính. Khi ánh sáng mặt trời chiếu xuống bề mặt Trái đất, một phần nhiệt lượng của nó sẽ bị hấp thụ bởi các phân tử khí trong môi trường xung quanh. Số lượng phân tử khí cao hơn có nghĩa là lượng nhiệt bị hấp thụ lớn hơn. Vì mật độ của các phân tử khí lớn hơn ở độ cao thấp, nên khí nhà kính hấp thụ và giữ lại nhiều hơn so với ở độ cao lớn hơn. Điều này làm cho không khí ấm hơn gần bề mặt Trái đất hơn.
