بالا رفتن هوای گرم یکی از شناخته‌شده‌ترین اصول فیزیک است. اگر در خانه‌ای با بیش از یک طبقه زندگی می‌کنید، حتما احساس کرده‌اید که تهویه مطبوع در طبقه بالا تقریباً ضروری است، اما در طبقه همکف احتیاج زیادی به آن نیست.
برخلاف خانه‌ها، در ارتفاعات به نظر می‌رسد این قانون صادق نیست و کوه‌ها اولین مکان‌هایی هستند که برف در آنها می‌بارد. در همین حال بسیاری از آنها نیز در تمام طول سال پوشیده از یخ هستند. اما این تناقض ظاهری چگونه قابل توضیح است؟
نخست باید گفت که دمای هوای، معیاری از انرژی جنبشی اتم‌ها یا مولکول‌های سازنده آن است. هرچه این دما بالاتر باشد، انرژی جنبشی بیشتر است و این به معنی حرکت سریع‌تر آنها است.
در نتیجه هوای گرم به ویژه زمانی که در یک محیط بسته محبوس است میل دارد به سمت بالا برود و در نتیجه لایه‌ای گرم‌تر از هوا را در بالاترین طبقه و طبیعتا لایه‌ای هوای خنک‌تر را در زیر ایجاد می‌کند.
می‌توان با توجه به این نکته انتظار داشت که در فضای باز نیز همین اتفاق بیفتد، نور خورشید زمین را گرم می‌کند و در نتیجه هوای نزدیک به زمین بالا می‌رود. شما می‌توانید تأثیر این فعل و انفعال را در روزهای آفتابی بدون باد ببینید؛ زمانی که پرندگان شکاری یا خلبانان گلایدر می‌توانند ساعت‌ها در آسمان بچرخند بدون اینکه انرژی زیادی صرف کنند.
با این حال نمی‌توان این پدیده را به عنوان نشانه‌ای برای گرم بودن نوک کوه‌ها در نظر بگیریم.
دلیل آن این است که در خارج از خانه چیزی برای محدود کردن هوا وجود ندارد. از طرف دیگر درست است که هوای گرم بالا می‌رود، ولی از آن سو فشار هوا به طور کلی با دورتر شدن از سطح زمین کاهش می‌یابد.
از آن‌جا که نیروی گرانش بخش عمده‌ای از جو را نزدیک به زمین نگه می‌دارد، هر چه بیشتر به سمت بالا برویم با کاهش این نیرو، مولکول‌ها پراکنده‌تر شده و فشار کمتر می‌شود. در نتیجه این عامل، فشار کمتری بر هوا وارد شده و بر همین اساس هوا منبسط می‌شود. این انبساط آن را خنک می‌کند.
در عین حال باید گفت که با بالا رفتن در جو این طور نیست که دما به صورت بی‌انتها کاهش پیدا کند، چرا که اگر اینطور بود خیلی قبل از رسیدن به فضا به دمای صفر مطلق می‌رسیدیم.
اینجا عامل دیگری تعیین کننده است و آن رسیدن هوا به لایه «روپوپاز»، یعنی لایه مرزی میانی تروپوسفر و استراتوسفر، است.
تروپوسفر لایه پایینی جو زمین است و همان لایه‌ای است که ما در آن زندگی می‌کنیم. این لایه تا ارتفاع ۱۲ کیلومتری از سطح زمین ادامه دارد.
ابزارهای دماسنج که با بالن به این محدوده جو فرستاده شده‌اند به ما می‌گویند که در این لایه هرچه بالا برویم دما پایین‌تر می‌آید به نحوی که در آخرین سطح از این لایه دما تا منفی ۷۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. به همین دلیل است که وقتی از یک کوه بالا می‌رویم، در واقع مثل این است که در داخل لایه تروپوسفر بالا رفته‌ایم و در نتیجه کاهش دما را حس می‌کنیم.
به این ترتیب، کوهی که ۲ هزار متر ارتفاع دارد، درجه ی حرارت قله اش ممکن است تا ۱۰ درجه پایین‌تر از دمای دامنه‌اش باشد. به همین خاطر است که قله کوه‌های مرتفع همواره پوشیده از برف هستند.
در این فاصله از سطح زمین، معمولاً در ارتفاع حدود ۱۲ کیلومتری، دما تثبیت می‌شود و سپس دوباره شروع به افزایش می‌کند. دلایل این تغییرات جهت بسیار پیچیده است که نمی‌توان در اینجا به آن اشاره کرد، اما به عواملی مانند تغییر مخلوط گازها و طول موج تابشی که آنها جذب می‌کنند مربوط می‌شود.