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  平流層是地球大氣層裡上熱下冷的一層,隨著高度的增加,平流層的氣溫在起初大致不變約216K(-57.15°C),升至20-32km後氣溫迅速上升,到了其上界達到270K至290K(-3.15°C至16.85°C),與地面氣溫相近。平流層又因此被分成不同的溫度層,其中高溫層在頂部,而低溫層在底部。這一點與位於其下貼近地表的對流層剛好相反,對流層是上冷下熱的,正因為如此而沒有上下對流的現象。  平流層的上述氣溫分佈特徵與它受地面影響較小和存在大量臭氧有關。在平流層頂部的臭氧因為吸收了來自太陽的紫外線而升溫。因此越靠近其上界,其氣溫便越高。平流層頂部稱為平流層頂,而在此之上氣溫又會再以隨高度而下降。  由於高溫層置上而低溫層置下,因此在平流層裡大氣在垂直方向上的運動較弱,幾乎沒有上下對流。大氣在其中主要以水平方向流動,氣流較為平穩。

  平流層是一個放射性、動力學及化學過程都會有強烈反應的區域。因為其水平的氣態成分混合比起垂直的混合都來得要快。一個較為有趣的平流層環流特性是發生於熱帶地區的準雙年震盪(QBO)。這種現象由重力波引導,是由於對流層的對流而引至的。準雙年震盪引致了次級環流的發生,這對於全球性的平流層輸送諸如臭氧及水蒸氣等尤為重要。  在北半球的冬季,平流層突發性增溫經常發生。這是因為平流層吸收了羅斯貝波所致。

  臭氧層的損耗主因,是因為平流層中存在著含氯氟烴(簡稱CFCs - 如CFCl及CFCl)。含氯氟烴是氯、氟及碳的聚合物。正因為含氯氟烴的穩定性、價錢低廉、無毒性、非易燃性、非腐蝕性,時常被用作噴霧劑、冷卻劑及溶劑等等。但正因它的穩定性卻使其持續存在於環境之中,不易化解。這些分子會逐漸地飄到平流層,繼而進行一連串的鏈鎖反應,最終會使到臭氧層受到損耗。  美國政府早於1980年已經禁止使用含氯氟烴作為噴霧劑。世界各國亦開始於1987年9月努力減少使用含氯氟烴,直至1996年,全球禁止工廠生產及釋放含氯氟烴的法例終於生效。

  

  目前大型客機大多飛行於此層,以增加飛行的穩定度。原因有:  在溫帶地區,商業客機一般會於離地表約的高空,即平流層的底部處巡航。這是為了避開對流層因對流活動而產生的氣流。而在客機巡航階段所遇上的氣流,大多是因為在對流層發生了對流超越現象。同樣地,滑翔機一般會在上升暖氣流上滑翔,這股氣流從對流層上升到達平流層就會停止。這樣一來變相為世界各地的滑翔機設定了高度限制。(縱然有些滑翔機會用上背風波來飛得更高,把滑翔機帶到平流層之中。)

  有反對意見認為,民航客機一般只在對流層頂部飛行,並沒有進入平流層。  對流層的高度平均約為12公里,飛機(一般長程航線的民航機)飛行的高度約在10.5至10.7公里左右。也就是說,飛機飛行的高度大致是在對流層的範圍內。
平流層(英語:Stratosphere),舊稱同溫層,位於對流層的上方和中間層的下方。其下界在中緯度地區位於距離地表10km處,在極地則在8km左右,其上界則約在離地50km的高度。平流層的溫度上熱下冷,隨著高度的增加,平流層的氣溫在起初大致不變,然後迅速上升。在平流層裡大氣主要以水平方向流動,垂直方向上的運動較弱,因此氣流平穩,幾乎沒有上下對流。