Die Stratosphäre liegt oberhalb der Troposphäre und erstreckt sich bis zu ca. Oberhalb der Tropopause und der isothermen Schicht in der unteren Stratosphäre steigt die Temperatur mit der Höhe. Temperaturen bis zu 0 °C (32 °F) werden in der Nähe der Spitze der Stratosphäre beobachtet. Der beobachtete Temperaturanstieg mit der Höhe in der Stratosphäre führt zu einer starken thermodynamischen Stabilität bei geringer Turbulenz und vertikaler Vermischung. Die warmen Temperaturen und die sehr trockene Luft ergeben ein nahezu wolkenfreies Volumen., Die seltenen Wolken, die auftreten, werden wegen ihres auffallenden Schillerns Perlmutt oder Perlmutt genannt, und sie scheinen sowohl aus Eis als auch aus unterkühltem Wasser zu bestehen. Diese Wolken bilden sich bis zu einer Höhe von 30 km.
Das Muster der Temperaturerhöhung mit der Höhe in der Stratosphäre ist das Ergebnis der Sonnenerwärmung, da ultraviolette Strahlung im Wellenlängenbereich von 0,200 bis 0,242 Mikrometer zweiatomigen Sauerstoff (O2) dissoziiert. Die resultierende Anheftung einzelner Sauerstoffatome an O2 erzeugt Ozon (O3)., Natürliches stratosphärisches Ozon wird hauptsächlich in den tropischen und mittleren Breiten produziert. Regionen mit nahezu vollständigem Ozonabbau, die im Frühjahr in der Antarktis aufgetreten sind, sind mit Perlmuttwolken, Fluorchlorkohlenwasserstoffen (FCKW) und anderen Schadstoffen aus menschlichen Aktivitäten verbunden. Diese Regionen sind häufiger als Ozonlöcher bekannt. Ozon wird auch nach unten in die Troposphäre transportiert, hauptsächlich in der Nähe der Polarfront.,
Die Stratopause bedeckt die Spitze der Stratosphäre und trennt sie von der Mesosphäre in der Nähe von 45-50 km Höhe und einem Druck von 1 Millibar (ungefähr 0,75 mm Quecksilber bei 0 °C oder 0,03 Zoll Quecksilber bei 32 °F). In der Mesosphäre nehmen die Temperaturen mit zunehmender Höhe wieder ab. Im Gegensatz zur Situation in der Stratosphäre sind vertikale Luftströmungen in der Mesosphäre nicht stark gehemmt. Eiskristallwolken, nachtleuchtende Wolken genannt, bilden sich gelegentlich in der oberen Mesosphäre., Oberhalb der Mesopause, einer Region, die in Höhen von 85 bis 90 km (50 bis 55 Meilen) auftritt, steigt die Temperatur in einer Schicht, die Thermosphäre genannt wird, mit der Höhe wieder an.