平流层之所以与对流层相反，随高度上升是气温上升，是因为其顶而被加热。故之在这一层，气温会因高度而上升。平流层的顶部气温大概徘徊在270k左右，与地面气温差不多。平流层顶部称为平流层顶，在此之上气温又会再以随高度而下降。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。
此层的增温是由于臭氧层吸收了来自太阳的紫外线，它把平流层的顶部加热。至于平流层的底部，来自顶部的传导及下部对流层的对流刚好在那里抵消。所以，极地的平流层会于较低高度出现，因为极地的地面气温相对较低。
在温带地区，商业客机一般会于离地表10公里的高空，即平流层的底部处巡航。这是为了避开对流层因对流活动而产生的气流。而在客机巡航阶段所遇上的气流，大多是因为在对流层发生了对流超越现象。同样地，滑翔机一般会在上升暖气流上滑翔，这股气流从对流层上升到达平流层就会停止。这样一来变相为世界各地的滑翔机设定了高度限制。（纵然有些滑翔机会用上背风波来飞得更高，把滑翔机带到平流层之中。）
平流层是一个放射性、动力学及化学过程都会有强烈反应的区域。因为其水平的气态成份混合比起垂直的混合都来得要快。一个较为有趣的平流层环流特性是发生于热带地区的准双年震荡（qbo）。这种现象由重力波引导，是由于对流层的对流而引至的。准双年震荡引致了次级环流的发生，这对于全球性的平流层输送诸如臭氧及水蒸气等尤为重要。
在北半球的冬季，平流层突发性增温经常发生。这是因为平流层吸收了罗斯贝波所致。
臭氧损耗
臭氧层的损耗主因，是因为平流层中存在着含氯氟烃（简称cfcs-如cf2cl2及cfcl3）。含氯氟烃是氯、氟及碳的聚合物。正因为含氯氟烃的稳定性、价钱低廉、无毒性、非易燃性、非腐蚀性，时常被用作喷雾剂、冷却剂及溶剂等等。但正因它的稳定性却使其持续存在于环境之中，不易化解。这些分子会逐渐地飘到平流层，继而进行一连串的链锁反应，最终会使到臭氧层受到损耗。

美国政府早于1980年已经禁止使用含氯氟烃作为喷雾剂。世界各国亦开始于1987年9月努力减少使用含氯氟烃，直至1996年，全球禁止工厂生产及释放含氯氟烃的法例终于生效。但这些努力却因为中国及俄罗斯约值5亿美元的非法生产而被彻底地挫败。所以含氯氟烃的数量直至2000年早期还在上升，预计在本世纪中期才会回落至合理水平。
运动特征
平流层内的风力分布颇为特别，首先平流层底部受到对流层顶部的西风带影响，所以几乎都吹着西风。然后，平流层上中部则会出现以下的现象。极地附近的夏季会有极昼的现象发生，所以处于夏季的半球，高纬度地区受到的日照时间会比低中纬度地区为长。因为极地附近会因臭氧层而渐渐和暖，结果形成了高压状态。反之低纬度会相对地处于低压状态。为了消除这种不稳定，就会产生出从高压处流向低压处的气流。可是这种气流又受到科里奥利力所影响而变成了东风。因此，在平流层的上中部除了特别的场合以外，夏季会比较盛行东风，亦即东风带，称为平流层东风。