Atmosféra Zeme má štyri odlišné vrstvy a tiež zriedenú vonkajšiu vrstvu, ktorá sa môže pri neprítomnosti slnečného vetra predĺžiť až na 10 000 kilometrov (6 214 míľ) od planéty. Najnižšou atmosférickou vrstvou je troposféra a vrstvou tesne nad touto vrstvou je stratosféra. Medzi faktory, ktoré ich definujú ako dve samostatné vrstvy, patria rozdiely v tlaku vzduchu, teplote, teplotnom gradiente, rýchlosti vetra a smere vetra.
Posunutie hranice
Hranica medzi troposférou a stratosférou sa nazýva tropopauza a nie je konštantná. Je to asi 8 kilometrov (5 míľ) nad zemou pri póloch a asi dvakrát viac ako pri rovníku. Tropopauza je izoterma - oblasť stabilnej teploty - pod ktorou sa odohráva celé počasie planéty. Tropopauza typicky označuje najvyššiu hranicu aktivity oblaku; namiesto toho, aby sa zdvihli nad túto izotermu, sa veľké búrkové mraky obvykle šíria horizontálne v tvare nákovy. Určité typy mrakov - nazývané perleťové alebo perleťové mraky - sa tvoria v stratosfére, ale zvyčajne iba v zemepisných šírkach medzi 60 a 90 stupňami a iba v zime.
Teplotné gradienty
Poveternostné vzorce sa vyskytujú v troposfére, pretože vzduch pri zemi je teplejší ako vzduch vo vyšších nadmorských výškach; tento jav je výsledkom skutočnosti, že zem absorbuje a vyžaruje teplo zo slnka. Kvôli tomuto negatívnemu teplotnému gradientu vzhľadom na nadmorskú výšku môže teplý vzduch stúpať a vytvárať konvekčný prúd, ktorý vytvára vietor a oblaky. V stratosfére, ktorá siaha do výšky asi 50 kilometrov, teplota stúpa s nadmorská výška v dôsledku toho, že ozónová vrstva v hornej stratosfére absorbuje slnečné svetlo a sála teplo smerom dole. Tropopauza je oblasť konštantnej teploty, v ktorej sa mení smer gradientu.
Veterná činnosť
Sklon k stúpaniu teplého vzduchu zaťaženého vlhkosťou a klesaniu chladného vzduchu v troposfére vytvára vetry, oblaky a zrážky. Z dôvodu miestnych rozdielov v teplote a tlaku vzduchu môžu byť tieto vetry nepravidelné a niekedy aj extrémne. V stratosfére, kde je tlak vzduchu oveľa nižší a bráni mu strop teplejšieho vzduchu konvekčné prúdy od formovania sú podmienky stabilnejšie. Neexistujú tu prakticky žiadne turbulencie, ktoré sú spôsobené vertikálnymi pohybmi vzduchu, a existujúce vetry, aj keď sú silné, sú stabilné a fúkajú vodorovne. Obchodné lietadlá lietajú v nižšej stratosfére, aby sa vyhli turbulenciám.
Stratosférický tlak vzduchu
Troposféra obsahuje asi 75 percent plynov v atmosfére a stratosféra, ktorá má väčší objem, obsahuje asi 19 percent týchto plynov. Tlak vzduchu v stratosfére je zodpovedajúcim spôsobom nižší: v priemere je tlak v stratosfére iba asi 10% alebo menej z tlaku na hladine mora. Ozónová vrstva, ktorá sa nachádza na vrchole stratosféry, je jednou z najdôležitejších vlastností tejto atmosférickej vrstvy. Okrem toho, že vytvára strop teplého vzduchu, ktorý zabraňuje tvorbe konvekčných prúdov, filtruje ultrafialové žiarenie zo slnka, ktoré by poškodzovalo život na povrchu.
