ในวันหนึ่ง ๆ ความรู้สึกร้อนหรือเย็นของอากาศรอบ ๆ ตัวเรามีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา แต่ความรู้สึกร้อนเย็นของแต่ละคนอาจแตกต่างกันไม่สามารถใช้เป็นมาตรฐานในการบอกอุณหภูมิของอากาศได้ จึงต้องใช้เครื่องมือวัดที่เรียกว่า เทอร์โมมิเตอร์
เทอร์โมมิเตอร์เป็นเครื่องมือวัดอุณหภูมิที่ใช้ของเหลวบรรจุลงในกระเปาะแก้ว โดยอาศัยหลักการขยายตัวและหดตัวของของเหลว เพราะสารเมื่อได้รับความร้อนจะมีพลังงานจลน์ หรือพลังงานของการเคลื่อนที่เพิ่มขึ้น อนุภาคของสารจึงเคลื่อนที่เร็วขึ้นและกระจายตัวออกจากกันมากขึ้นทำให้เกิดการขยายตัวเมื่อใดที่สารเย็นลงอนุภาคของวัตถุจะเคลื่อนที่ช้าลงทำให้สารหดตัว
อุณหภูมิของอากาศตามสถานที่ต่าง ๆ จะแตกต่างกันแม้ในที่แห่งเดียวกันอุณหภูมิของอากาศในเวลาที่แตกต่างกันจะไม่เท่ากันด้วย การที่อุณหภูมิของอากาศในที่ต่าง ๆ แตกต่างกันเนื่องมาจาก สภาวะแวดล้อมที่ไม่เหมือนกันเป็นผลให้รับและถ่ายโอนความร้อนไม่เท่ากัน ส่วนในเวลาต่าง ๆ สถานที่แห่งเดียวกันอุณหภูมิไม่เท่ากันเพราะอิทธิพลของแสงอาทิตย์ตลอดจนสภาพแวดล้อมอื่น ๆ เช่น ปริมาณเมฆบนท้องฟ้า ปริมาณไอน้ำในอากาศ เป็นต้น
นอกจากที่กล่าวแล้วระหว่างกลางวัน กลางคืน ระหว่างฤดูร้อนฤดูหนาว ระหว่างเขตร้อน เขตอบอุ่นและเขตหนาว ก็เป็นปัจจัยอีกส่วนหนึ่งที่ทำให้อุณหภูมิแตกต่างกัน
จะเห็นว่าอุณหภูมิของอากาศมีการเปลี่ยนแปลงเป็นช่วง ๆ ตามระดับความสูงกล่าว คือชั้นบรรยากาศ โทรโพสเฟียร์ ซึ่งอยู่ใกล้กับผิวโลกมากที่สุด และเป็นชั้นบรรยากาศที่มีความแปรปรวนของสภาพอากาศในเรื่องเมฆ ฝน พายุ มากที่สุด อุณหภูมิจะลดลงตามระดับความสูง
ชั้นสตราโตสเฟียร์ ซึ่งอยู่ถัดขึ้นไป อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นตามระดับความสูง
ชั้น เมโซสเฟียร์ อุณหภูมิจะลดลงตามระดับความสูงอีกครั้งหนึ่ง
ชั้นสุดท้ายคือเทอร์โมสเฟียร์ ซึ่งมีบรรยากาศเบาบางมากและถือเป็นจุดเริ่มต้นของอวกาศ อุณหภูมิจะเพิ่มขึ้นตามความสูงจนถึง ประมาณ 800 องศาเซลเซียส