Quando a altitude aumenta, a temperatura do ar diminui. Isso porque, com o aumento da altitude, ocorre uma diminuição da pressão atmosférica. Quando a pressão do ar diminui, o ar esfria.
A densidade das moléculas de ar é maior perto da superfície e diminui à medida que a altitude aumenta. Uma das principais razões para uma densidade maior de moléculas de ar mais próximas da superfície da Terra é a gravidade. A força da gravidade diminui a distâncias mais distantes da superfície da Terra, de modo que o controle do planeta sobre as moléculas de ar é maior em altitudes mais baixas. Uma densidade mais alta de moléculas de ar implica em uma pressão de ar mais alta. De acordo com a lei de Gay-Lussac, a pressão dos gases é diretamente proporcional à temperatura dos gases para um volume constante. Uma pressão mais alta em uma altitude mais baixa implica, portanto, em uma temperatura mais alta. Quando a pressão do ar diminui com a altitude, o mesmo acontece com a temperatura.
Outro fator que contribui para a diferença de temperatura com base na altitude é o efeito estufa. Quando a luz solar incide na superfície da Terra, uma parte de seu calor é absorvida pelas moléculas de gás nas redondezas. Um maior número de moléculas de gás implica uma maior quantidade de calor sendo absorvido. Como a densidade das moléculas de gás é maior em baixas altitudes, mais calor é absorvido e retido pelos gases de efeito estufa em comparação com as altitudes mais altas. Isso torna o ar mais quente próximo à superfície da Terra.
