因为对流层的直接热源是地面辐射，离地面越远，空气也越稀薄，吸收的地面辐射越少，所以下热上冷。（注意：大气的升温，需要吸收能量。而大气中只有平流层中的臭氧才能吸收太阳辐射中的紫外线，其它波段的光很少能被大气直接吸收。而大气中的二氧化碳和水汽却对地面辐射吸收特别显著。）
因为大气温度随着高度增加而下降，在对流层中尤其如此。可是在某些天气条件下，地面上空的大气结构会出现气温随高度增加而升高的反常现象，气象学上称之为“逆温”，发生逆温现象的大气层称为“逆温层”。
在对流层，气温垂直分布的一般情况是随高度增加而降低， 大约每升高100米，气温降低0.6°C。但在一定条件下，对流层中也会出现气温随高度增加而上升的现象，或者地面上随高度的增加，降温变化率小于0.6°C/100 m，这种现象称为逆温。
