Ilma kylmenee kohti avaruutta siksi, että se laajenee.
Kun ilma laajenee, ilmamolekyylien lämpötilana havaittava liike-energia kattaa suuremman tilavuuden. Siitä seuraa, että ilmamolekyylit ovat harvemmin kosketuksissa toistensa ja ympäristönsä muiden kappaleiden kanssa.
Se taas aiheuttaa lämpötilan laskun.
Syynä siihen, että ilma laajenee kohti avaruutta, on ilmanpaineen pieneneminen. Se johtuu siitä, että ilmakehässä on määräkohdan päällä sitä vähemmän ilmaa, mitä ylemmäs mennään.
Ja juuri päällä olevan ilmamassan paino saa aikaan vallitsevan ilmanpaineen.
Korkealla ilma on kylmempää
Korkealla ilmamolekyylien etäisyys kasvaa ja lämpötila laskee. Siksi ilma laajenee ja viilenee sitä enemmän, mitä korkeammalle noustaan. Ja vastaavasti ilma tihenee ja lämpenee sitä mukaa kuin lähestytään maanpintaa.
Kylmä ilma valuu alas
Alimman kerroksen ilma ei välttämättä ole lämmintä.
Esimerkiksi talvella sään ollessa selkeä maanpinnalta karkaa lämpösäteilyä niin, että alin ilmakerros jäähtyy huomattavasti, koska aurinko ei lämmitä.
Silloin kylmin ilma painuu maata vasten, eikä se juuri liiku ilmanpaine-erojen pienuuden takia tuulettomassa säätilassa. Kun kylmä ilma valuu laakson pohjalle, vuoren päällä saattaa olla monta astetta lämpimämpää.