Стратосфера Земли остывает, пока земная поверхность нагревается.

Парниковые газы создают эффект избирательного фильтра в атмосфере: они беспрепятственно пропускают солнечное излучение вниз к земной поверхности, но задерживают инфракрасное тепловое излучение, которое Земля излучает обратно в космос. Это приводит к парадоксальной ситуации — нижние слои атмосферы (тропосфера) прогреваются, а верхние (стратосфера) охлаждаются. Наблюдения со спутников показывают, что стратосфера остывает со скоростью примерно 0,5°C за десятилетие, тогда как глобальная температура поверхности растёт. Этот эффект является ключевым свидетельством антропогенного парникового эффекта и отличает его от других механизмов потепления. Если бы нагревание вызывалось, например, усилением солнечной активности, то нагревалась бы вся атмосфера, включая стратосферу. Однако спутниковые наблюдения начиная с 1970-х годов фиксируют противоположное: рост концентраций углекислого газа и метана сопровождается охлаждением стратосферы при прогреве поверхности. Это служит чётким диагностическим признаком роли парниковых газов. Охлаждение стратосферы имеет практическое значение для озонового слоя. При более низких температурах химические реакции, разрушающие озон под влиянием хлорфторуглеводородов, протекают быстрее. Холодная стратосфера способствует образованию полярных стратосферных облаков, на поверхности которых ускоряется разложение озона.