stratosfären ligger ovanför troposfären och sträcker sig upp till ca 50 km (30 miles). Ovanför tropopausen och det isotermiska skiktet i den nedre stratosfären ökar temperaturen med höjd. Temperaturer så höga som 0 ° C (32 °F) observeras nära toppen av stratosfären. Den observerade ökningen av temperaturen med höjd i stratosfären resulterar i stark termodynamisk stabilitet med liten turbulens och vertikal blandning. De varma temperaturerna och mycket torr luft resulterar i en nästan molnfri volym., De sällsynta moln som förekommer kallas pärlemor, eller pärlemor, moln på grund av deras slående irisering, och de verkar bestå av både IS och superkylt vatten. Dessa moln bildar upp till höjder på 30 km (19 miles).
mönstret för temperaturökning med höjd i stratosfären är resultatet av solvärme som ultraviolett strålning i våglängdsområdet av 0,200 till 0,242 mikrometer dissocierar diatomiskt syre (O2). Den resulterande bindningen av enstaka syreatomer till O2 producerar ozon (O3)., Naturligt stratosfäriskt Ozon produceras huvudsakligen i de tropiska och mellersta breddgraderna. Regioner med nästan fullständig ozonnedbrytning, som har inträffat i Antarktis under våren, är förknippade med pärlemorösa moln, klorfluorkarboner (CFC) och andra föroreningar från mänsklig verksamhet. Dessa regioner är mer allmänt kända som ozonhål. Ozon transporteras också nedåt i troposfären, främst i närheten av polarfronten.,
stratopausen täcker toppen av stratosfären och separerar den från mesosfären nära 45-50 km (28-31 miles) i höjd och ett tryck på 1 millibar (ungefär lika med 0,75 mm kvicksilver vid 0 °C eller 0,03 tum kvicksilver vid 32 °F). I mesosfären minskar temperaturerna igen med ökande höjd. Till skillnad från situationen i stratosfären hämmas inte vertikala luftströmmar i mesosfären starkt. Iskristallmoln, som kallas noctilucent moln, bildas ibland i den övre mesosfären., Ovanför mesopausen, en region som förekommer på höjder nära 85 till 90 km (50 till 55 miles), temperaturen ökar igen med höjd i ett skikt som kallas termosfären.