La stratosfera si trova sopra la troposfera e si estende fino a circa 50 km (30 miglia). Sopra la tropopausa e lo strato isotermico nella stratosfera inferiore, la temperatura aumenta con l’altezza. Temperature fino a 0 ° C (32 ° F) sono osservate vicino alla parte superiore della stratosfera. L’aumento osservato della temperatura con l’altezza nella stratosfera si traduce in una forte stabilità termodinamica con poca turbolenza e miscelazione verticale. Le temperature calde e l’aria molto secca provocano un volume quasi privo di nuvole., Le nubi poco frequenti che si verificano sono chiamate nuvole madreperlacee, o madreperla, a causa della loro sorprendente iridescenza, e sembrano essere composte sia da ghiaccio che da acqua super raffreddata. Queste nuvole si formano fino ad altezze di 30 km (19 miglia).
Il modello di aumento della temperatura con l’altezza nella stratosfera è il risultato del riscaldamento solare poiché la radiazione ultravioletta nella gamma di lunghezze d’onda da 0,200 a 0,242 micrometri dissocia l’ossigeno biatomico (O2). L’attaccamento risultante di singoli atomi di ossigeno a O2 produce ozono (O3)., L’ozono stratosferico naturale è prodotto principalmente nelle latitudini tropicali e medie. Le regioni di quasi completa riduzione dell’ozono, che si sono verificati in Antartide durante la primavera, sono associati con nubi madreperlacee, clorofluorocarburi (CFC), e altri inquinanti da attività umane. Queste regioni sono più comunemente conosciute come buchi di ozono. L’ozono viene anche trasportato verso il basso nella troposfera, principalmente nelle vicinanze del fronte polare.,
La stratopausa ricopre la parte superiore della stratosfera, separandola dalla mesosfera vicino a 45-50 km (28-31 miglia) di altitudine e una pressione di 1 millibar (approssimativamente uguale a 0,75 mm di mercurio a 0 °C, o 0,03 pollici di mercurio a 32 °F). Nella mesosfera, le temperature diminuiscono nuovamente con l’aumentare dell’altitudine. A differenza della situazione nella stratosfera, le correnti d’aria verticali nella mesosfera non sono fortemente inibite. Nuvole di cristallo di ghiaccio, chiamate nuvole nottilucenti, si formano occasionalmente nella mesosfera superiore., Sopra la mesopausa, una regione che si verifica ad altitudini vicine a 85 a 90 km (50 a 55 miglia), la temperatura aumenta di nuovo con l’altezza in uno strato chiamato termosfera.