對流層是大氣的最低層，其溫度特性隨高度升高而降低。在對流層中，高度每上升1公里，氣溫平均下降攝氏6.49度。這種氣溫遞減是因為絕熱冷卻的出現。當空氣上升時，氣壓會下降而空氣隨之擴張。為了使空氣擴張，需要有一定的功施予四周，故此氣溫會下降。
對流層頂的溫度最低，但並不是恆定的，一般在零下60度左右，這和天氣系統變化與緯度等都有關係。在低緯地區平均約為-83℃，在高緯地區約為-53℃。對流層頂的氣溫受地面的影響更小，水汽含量較少，各種雲都由冰晶和過冷水滴組成。
需要注意的是，對流層頂的溫度並不是唯一的溫度變化，平流層與對流層相反，隨高度上升是氣溫上升，這是因為其底部吸收了來自太陽的紫外線而被加熱。平流層的頂部氣溫大概徘徊在270K左右，與地面氣溫差不多。