地上から上空へ向かうにつれて気温が下がる理由は、大気の「断熱膨張」と地表面からの放射熱が届かなくなるためです。地上付近では標高が100m上がるごとに気温は約0.65℃低下し、対流圏界面（高度約1万m）で約マイナス50℃以下まで冷え込みます。
しかし、成層圏に入ると驚くべき逆転現象が発生します。高度約20kmから50km付近にかけて、低下し続けていた気温が徐々に上昇へと転じ、成層圏の最上部（高度約50km）では約0℃近くまで回復するのです。この現象を引き起こしている主役が「オゾン層」です。
太陽から降り注ぐ有害な紫外線（UV-BやUV-C）をオゾン分子（$O_3$）が吸収する際、化学反応に伴って熱エネルギーを放出します。この加熱作用によって成層圏の上層ほど温かくなり、「上が温かく下が冷たい」という極めて安定した層状構造が作られます。温かい空気は軽いため上にとどまり、冷たい空気は重いため下にとどまるため、上下の対流が起きず、乱気流の発生しにくい安定した空間が維持されるのです。
なお、機内では乗客が快適に過ごせるよう、エンジンのコンプレッサーから取り込んだ高圧空気を冷却・調整し、客室高度約1,800m〜2,400m（約0.8気圧）相当に人工的に加圧されています。もしこの加圧装置が停止すれば、機内の空気は一瞬で希薄化し、急激な気圧降下と極冷温に晒されることになります。
