Los rayos solares atraviesan la atmósfera sin que el aire absorba una cantidad apreciable del calor de aquellos. Pero, en cambio, la radiación solar es absorbida por la tierra, la cual a su vez calienta por contacto las capas inferiores de la atmósfera, y estas luego transmiten su calor a las capas más altas, en virtud de las corrientes de convección que se establecen. Así pues, en general, las capas bajas de la atmósfera se hallan a mayor temperatura que las situadas encima de ellas y, por tanto, la temperatura del aire, igual que la presión, disminuye con la altitud. Esta afirmación puede tomarse como cierta para los 11 ó 12 primeros kilómetros de la atmósfera, siendo la disminución (gradiente) de unos 0.55º C. por cada 100 m. de aumento en la altura.

En las noches claras, el calor acumulado en la tierra durante el día es irradiado con gran rapidez, de modo que la capa más baja de la atmósfera se enfría antes que las de encima; entonces, la temperatura del aire en la proximidad de la tierra puede ser más baja que en otras capas más altas, invirtiéndose el "gradiente de temperatura", es decir, que esta aumenta con la altitud (inversión del gradiente) en vez de disminuir.

Si una masa parcial del aire se calienta más que otras que la rodean, se expandirá, adquirirá menor densidad y tenderá a elevarse. Pero, al ascender, penetrará en regiones de presión cada vez menor, lo cual favorecerá todavía más la expansión del aire. Esta expansión, que se llama cambio de estado térmico, produce un enfrentamiento; si tal cambio de estado ocurre sin absorber calor del medio que rodea a dicha masa de aire, ni cedérselo, se dice que la expansión es adiabática. El gradiente de temperatura, en tales condiciones, es de 1ºC. por cada 100 m. de aumento de altura, denominándose gradiente adiabático seco.

Que dicha masa de aire continué subiendo, o no, dependerá de la relación que entre sí guarden su gradiente adiabático y el gradiente termométrico del aire que la rodea. Si el segundo gradiente es mayor que el primero, el aire seguirá ascendiendo, pues, a cualquier altitud considerada, será todavía mas caliente (y por tanto menos denso) que el aire que le envuelve. Se dice entonces que la atmósfera es inestable. Cuando ocurra lo contrario, o sea, cuando el gradiente adiabático supere el gradiente termométrico, el aire que se eleva entra en regiones donde, a una altura dada, se hallará rodeado de aire mas caliente; en consecuencia, la masa ascendente resultará mas densa y su tendencia a elevarse quedará frenada. La atmósfera entonces será estable. Claro está que una inversión del gradiente supone condiciones de gran estabilidad.