Delingen av atmosfæren i lag er for det meste utført med referanse til temperaturen og er omtalt ovenfor. Temperaturen synker med høyden over havet, men variasjoner i denne trenden begynner over 11 km, der temperaturen holder seg stabil gjennom en stor vertikal høyde gjennom resten av troposfæren. I stratosfæren som begynner cirka 20 km over havet, øker temperaturen med høyden. Årsaken til denne temperaturøkningen med stigende høyde er oppvarmingen i ozonlaget som skyldes absorpsjon av betydelige mengder ultrafiolett stråling fra solen ved dioksygen og ozongass i dette laget. Enda en region der temperaturen øker med høyden forekommer i termosfæren, der dette skjer i svært store høyder over 90 km, derfor har dette laget fått dette navnet.