因為對流層的直接熱源是地面輻射,離地面越遠,空氣也越稀薄,吸收的地面輻射越少,所以下熱上冷。(注意:大氣的升温,需要吸收能量。而大氣中只有平流層中的臭氧才能吸收太陽輻射中的紫外線,其它波段的光很少能被大氣直接吸收。而大氣中的二氧化碳和水汽卻對地面輻射吸收特別顯著。)
因為大氣温度隨着高度增加而下降,在對流層中尤其如此。可是在某些天氣條件下,地面上空的大氣結構會出現氣温隨高度增加而升高的反常現象,氣象學上稱之為“逆温”,發生逆温現象的大氣層稱為“逆温層”。
在對流層,氣温垂直分佈的一般情況是隨高度增加而降低, 大約每升高100米,氣温降低0.6°C。但在一定條件下,對流層中也會出現氣温隨高度增加而上升的現象,或者地面上隨高度的增加,降温變化率小於0.6°C/100 m,這種現象稱為逆温。