在中纬度地区，平流层位于离地表10公里至50公里的高度，而在极地，此层则始于离地表8公里左右。平流层亦称同温层，是地球大气层里上热下冷的一层，此层被分成不同的温度层，当中高温层置于顶部，而低温层置于低部。

平流层与位于其下贴近地表的对流层刚好相反，对流层是上冷下热的。

平流层之所以与对流层相反，随高度上升而气温上升，是因为其顶部吸收了来自太阳的紫外线而被加热。故在这一层，气温会因高度而上升。平流层的顶部气温大概徘徊在270K左右，与地面气温差不多。平流层顶部称为平流层顶，在此之上气温又会再以随高度而下降。至于垂直气温分层方面，由于高温层置上而低温层置下，使到平流层较为稳定。那是因为那里没有常规的对流活动及如此相连的气流。

此层的增温是由于臭氧层吸收了来自太阳的紫外线，它把平流层的顶部加热。至于平流层的底部，来自顶部的传导及下部对流层的对流刚好在那里抵消。所以，极地的平流层会于较低高度出现，因为极地的地面气温相对较低。