Характерною рисою вертикального розподілу температури в тропосфері є її зниження з висотою. Середній вертикальний градієнт температури, тобто середнє зменшення, розраховане на 100 м висоти, дорівнює 0,6 °С. Охолодження вологого повітря супроводжується конденсацією вологи. При цьому виділяється певна кількість теплоти, яка була затрачена на утворення пари. Тому при піднятті угору вологого повітря його охолодження відбувається майже вдвічі повільніше за сухе. Геотермічний коефіцієнт сухого повітря тропосфери становить в середньому 1 °С.
Повітря, яке піднімається вверх від нагрітої поверхні суші і водойм, потрапляє в зону пониженого тиску. Це дозволяє йому розширюватися, а у зв'язку з цим певна кількість теплової енергії переходить у кінетичну. Внаслідок цього процесу повітря охолоджується. Якщо при цьому воно нізвідки не одержує тепла і нікуди його не віддає, то весь описаний процес називається адіабатичним, або динамічним охолодженням. І навпаки, повітря, що опускається, потрапляє в зону підвищеного тиску, воно ущільнюється повітрям, що його оточує, і механічна енергія переходить у теплову. Через це повітря зазнає адіабатичного нагрівання, яке становить в середньому 1 °С на кожні 100 м опускання.
Іноді температура повітря з висотою зростає. Це явище одержало назву інверсії. Причини u' прояву різноманітні: радіаційне випромінювання Землі над льодовими покривами, проходження сильних течій теплого повітря над холодною поверхнею. Особливо характерні інверсії для гірських районів: важке холодне повітря стікає в гірські улоговини і там застоюється, витісняючи угору більш легке тепле повітря.
