La parte di atmosfera terrestre nella quale si svolgono le principali attività umane e i fenomeni che su queste maggiormente influiscono (pioggia, vento ecc.) prende il nome di troposfera e si estende dal suolo fino a 10 - 15 km di altezza sul livello del mare.

Il riscaldamento di questa parte di atmosfera è causato dal Sole ma, contrariamente a quanto ci si potrebbe attendere, il riscaldamento non avviene attraverso la radiazione solare diretta, ma essenzialmente grazie all'apporto del terreno. L'atmosfera terrestre, infatti, è quasi del tutto trasparente alla radiazione visibile (onde elettromagnetiche di lunghezza compresa circa tra gli 0.3 e i 0.7 micrometri, cioè minori di un millesimo di millimetro); quindi la radiazione visibile non viene né assorbita né emessa dalla troposfera, ma lasciata passare praticamente invariata.

Poiché la maggior parte della radiazione emessa dal nostro Sole cade proprio nella banda del visibile, il risultato è che il Sole non riesce a riscaldare direttamente l'atmosfera. Il terreno, al contrario della bassa atmosfera, non è trasparente a questa banda, ma opaco, cioè riesce ad assorbirla quasi interamente (infatti attraverso l'aria riusciamo a vedere, mentre non riusciamo a farlo attraverso il terreno).

L'energia così assorbita viene poi riemessa dal terreno, ma non nella stessa banda di lunghezze d'onda bensì, per la legge di Stefan-Boltzmann, in un intervallo di frequenze che dipende dalla temperatura del suolo. Nello specifico la maggior parte della radiazione riemessa cade nella bada dell'infrarosso, cioè attorno ai 10 - 20 micrometri.

La nostra atmosfera, a causa della presenza dell'anidride carbonica e soprattutto del vapore acqueo e delle goccioline d'acqua, è abbastanza opaca a questo tipo di radiazione. La bassa atmosfera cioè, assorbe agevolmente queste lunghezze d'onda. In questo modo l'energia solare, modificata - quasi predigerita - dall'interazione con il suolo, arriva finalmente alla bassa atmosfera riscaldandola. Il meccanismo che porta al trasferimento di calore dagli strati più prossimi al terreno a quelli via via più alti non è però finito. Infatti, per le particolari condizioni di densità e pressione della troposfera, i meccanismi di propagazione del calore per conduzione e per radiazione non sono particolarmente efficienti se rapportati al meccanismo della convezione. Questo meccanismo di propagazione del calore agisce in questo modo: gli strati più bassi della troposfera (quelli più vicini al suolo) si scaldano più di quelli sovrastanti, diventano più leggeri di questi, quindi iniziano a galleggiare grazie alla spinta di Archimede. Queste bolle d'aria più calda e leggera in prossimità del suolo sono praticamente delle mongolfiere senza involucro che tendono a salire facendosi strada negli strati più freddi e densi. Queste bolle d'aria, con il loro moto dal basso verso l'alto, trasportano il calore per tutta l'estensione della troposfera. Se potessimo visualizzare questi moti, la bassa atmosfera terrestre ci apparirebbe come una enorme pentola ove l'aria sale e scende rimescolandosi. Il termine troposfera, infatti, deriva proprio da un verbo greco che significa "girare".

A questo punto diventa rilevante un secondo meccanismo, infatti queste bolle d'aria salendo si espandono e, espandendosi, si raffreddano. Il meccanismo è sostanzialmente lo stesso che causa il riscaldamento dell'aria quando questa viene compressa (per esempio nelle pompe delle biciclette) ed è il meccanismo utilizzato per produrre il freddo nei firgoriferi e congelatori.

Questo meccanismo di raffreddamento è molto efficacie, se si pensa che l'aria secca sollevandosi di un chilometro si raffredda di circa 10 gradi! Il risultato finale, quindi, è che gli strati d'aria più lontani dal terreno sono via via più freddi. Questo è il motivo per cui in montagna le temperature sono mediamente più basse che in pianura.

Bisogna precisare che questi meccanismi sono rilevanti solo nella bassa atrmosfera terrestre, infatti sopra ai 10 - 15 km di altezza, cambiando la composizione chimica della stessa, diventano rilevanti altri meccanisi. In particolare attorno ai 20 - 50 km di altezza diventa rilevante il contributo dell'ozono che, essendo opaco alla radiazione ultravioletta (cioè la assorbe), contribuisce in maniera rilevante al riscaldamento di questa fascia di atmosfera. Infatti la temperatura della troposfera mediamente cala con l'altezza ma, arrivati attorno ai 10 - 15 km di altezza, inizia ad aumentare nuovamente proprio grazie al contributo dell'ozono.