La couche située au-dessus de la troposphère / tropopause est la stratosphère. Dans cette couche, la part nocive du rayonnement UV est régulée de manière déterminante par la formation d'ozone. La stratopause constitue la séparation avec la mésosphère située au-dessus.
La stratosphère se situe au-dessus de la tropopause et s'étend d'environ 25 à 47 km d'altitude. Les rayons UV provenant du soleil atteignent le bord supérieur de la stratosphère. Ce rayonnement peut être divisé en une gamme d'ondes UV-A et en deux gammes d'ondes nocives pour la santé, les rayons UV-B et UV-C, qui sont les plus dangereux pour la santé.
À la limite supérieure de la stratosphère, le rayonnement UV-C rencontre des atomes d'oxygène. Par nature, les atomes d'oxygène individuels se lient à d'autres atomes d'oxygène pour former un complexe moléculaire (O2). Lorsque le rayonnement UV-C frappe une molécule O2, le rayonnement est absorbé et le complexe moléculaire est divisé en deux atomes d'oxygène individuels. Le rayonnement absorbé est alors transformé en chaleur.
Dans une étape ultérieure, les différents atomes d'oxygène se réunissent soit en une molécule d'oxygène (O2), soit en ozone avec la participation d'une troisième particule (O3). L'ozone formé au cours de ce processus absorbe alors en grande partie le rayonnement UV-B. Comme la molécule d'ozone formée est constituée d'une double liaison d'O2 et d'une liaison simple d'O, cette liaison instable se sépare à nouveau en ses deux composants (O2 et O).
Le processus de formation se poursuit, mais plus l'altitude diminue, moins les rayons UV-C et UV-B nécessaires sont disponibles. Le processus libère également de moins en moins de chaleur en direction du sol, d'où le gradient de température vertical dans la stratosphère. Celui-ci passe d'environ +9 °C à la limite supérieure à -56 °C à la limite inférieure. C'est précisément ce gradient de température, qui augmente avec l'altitude, qui distingue la troposphère de la stratosphère. La stratosphère présente ainsi une gigantesque inversion.
Le processus de formation et de destruction de l'ozone mentionné ci-dessus a pour conséquence qu'aucun des rayons UV-C, fortement cancérigènes et donc dangereux pour la vie, et pratiquement aucun des rayons UV-B n'atteignent la surface de la Terre, y rendant la vie possible. En outre, la concentration d'ozone diminue avec l'altitude dans la stratosphère, car le rayonnement nécessaire est absorbé lors du processus de formation. Cela profite également à la biosphère terrestre, car l'ozone est également très dangereux pour la santé.
Comme la formation d'ozone dans l'atmosphère est directement liée au rayonnement solaire, il est évident que la concentration d'ozone stratosphérique présente une dépendance à la fois annuelle et régionale. Le maximum de la concentration d'ozone dans la stratosphère se situe au-dessus de l'équateur, avec un minimum au-dessus des pôles. Au-dessus de ces derniers, la variation annuelle est naturellement très marquée. Ainsi, dans la stratosphère, un gradient de température s'oriente du pôle d'été respectif vers le pôle d'hiver en passant par l'équateur.
Au bord supérieur de la stratosphère, la densité de l'air a déjà tellement diminué qu'il n'y a presque plus d'oxygène pour la production d'ozone. Après une couche de transition où la température ne présente pas de gradient vertical, appelée stratopause, vient la mésosphère au-dessus de 51 km d'altitude.