Die Temperatur der Atmosphäre nimmt mit zunehmender Höhe immer ab.

Nahe der Erdoberfläche bedeutet größere Höhe meistens niedrigere Temperatur. Berge sind kälter als das umliegende Tiefland, und Ballonmessungen des 19. Jahrhunderts fanden dasselbe Muster in der unteren Atmosphäre.

Es lag daher nahe anzunehmen, dass die Abkühlung nach oben einfach weitergeht.

Um 1902 ließen Léon Teisserenc de Bort in Frankreich und Richard Assmann in Deutschland unabhängig voneinander Instrumentenballons hoch genug steigen, um diese Annahme zu prüfen. In ungefähr 10 bis 15 Kilometern Höhe hörte die stetige Abkühlung auf.

Diese Grenze trennt die Troposphäre – die unterste Atmosphärenschicht, in der der größte Teil des Wetters stattfindet – von der darüberliegenden Stratosphäre. In großen Teilen der Stratosphäre steigt die Temperatur mit der Höhe statt weiter zu fallen. Ozon absorbiert ultraviolette Strahlung der Sonne und wandelt einen Teil dieser Energie in Wärme um.

Noch weiter oben ändert sich die Richtung erneut: In der Mesosphäre sinkt die Temperatur wieder, in der Thermosphäre steigt sie.

Die Atmosphäre ist deshalb unter anderem anhand dieser Temperaturwechsel in Schichten gegliedert. Die Abkühlung mit der Höhe bleibt in der Troposphäre eine nützliche Faustregel, gilt aber nicht für die gesamte Atmosphäre.