一般情况下，在低层大气中，气温是随高度的增加而降低的。但有时在某些层可能出现相反的情况，气温随高度的增加而升高，这种现象称为逆温。出现逆温现象的大气层称为逆温层。
平流层中部为逆温层，其下部为同温层，至于逆温层的出现主要是空气下沉，绝热增温所引起。前面提到平流层最高温在 50km 处，正是平流层的最上部，因整层空气下沉而形成的逆温称为下沉逆温。
当某气层产生下沉运动时，因气压逐渐增大，以及由于气层向水平方向扩散，使气层厚度减小。若气层下沉过程是绝热过程，且气层内各部分空气的相对位置不变。这时空气层顶部下沉的距离比底部下沉的距离大，致使其顶部绝热增温的幅度大于底部。因此，当气层下沉到某一高度时，气层顶部的气温高于底部，而形成逆温。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。
