Die Schicht über der Troposphäre / Tropopause ist die Stratosphäre. In ihr wird der schädliche Anteil der UV-Strahlung durch die Ozonbildung massgebend reguliert. Die Trennung zur darüberliegenden Mesosphäre bildet die Stratopause.
Die Stratosphäre liegt über der Tropopause und erstreckt sich von rund 25 km bis 47 km Höhe. Von der Sonne gelangt UV-Strahlung an den oberen Rand der Stratosphäre. Diese Strahlung lässt sich in einen UV-A Wellenbereich sowie in die beiden gesundheitsschädlichen Wellenbereiche der UV-B und UV-C Strahlung unterteilen.
An der Obergrenze der Stratosphäre trifft die UV-C Strahlung auf Sauerstoffatome. Natürlicherweise gehen einzelne Sauerstoffatome eine Bindung mit anderen Sauerstoffatomen zu einem Molekülkomplex (O2) ein. Trifft UV-C Strahlung auf ein O2 Molekül, so wird die Strahlung absorbiert, und der Molekülkomplex aufgespalten in zwei einzelne Sauerstoffatome. Dabei wird die absorbierte Strahlung in Wärme umgesetzt
In einem weiteren Schritt vereinigen sich die einzelnen Sauerstoffatome entweder wieder zu einem Sauerstoffmolekül (O2) oder unter Beteiligung eines dritten Partikels zu Ozon (Fremdpartikel+O3). Das in diesem Vorgang entstanden Ozon absorbiert dann auch zu einem Grossteil die UV-B Strahlung. Da das entstandene Ozonmolekül aus einer Doppelverbindung von O2 und einer Einfachbindung von O besteht, trennt sich diese instabile Verbindung auch wieder in die beiden Komponenten (O2 und O) auf.
Der Neubildungsprozess findet zwar immer wieder statt, jedoch ist mit abnehmender Höhe immer weniger von der dafür benötigten UV-C und UV-B Strahlung verfügbar. Dabei wird zum Erdboden hin auch immer weniger Wärme durch den Prozess freigesetzt, woraus sich der vertikale Temperaturgradient in der Stratosphäre ergibt. Dieser steigt von rund -56 Grad Celsius am unteren Rand auf rund +9 Grad Celsius am oberen an. Es ist genau dieser mit der Höhe ansteigende Temperaturgradient, welcher die Troposphäre von der Stratosphäre entkoppelt. Die Stratosphäre stellt dabei eine riesige Inversion dar.
Der oben erwähnte Prozess der Ozonbildung und des Ozonabbaus führt dazu, dass keine der stark kanzerogenen, also lebensgefährdenden, UV-C und kaum UV-B Strahlung an der Erdoberfläche ankommt. Dies führt dazu, dass auf der Erde Leben möglich ist. Des Weiteren nimmt die Ozonkonzentration mit abnehmender Höhe in der Stratosphäre ab, da die dafür nötige Strahlung im Bildungsprozess absorbiert wird. Dies kommt der Biosphäre auf der Erde ebenfalls zugute, da auch Ozon stark gesundheitsgefährdend ist.
Da die Bildung von Ozon in der Atmosphäre direkt mit der solaren Strahlung in Verbindung steht, ist es naheliegend, dass die stratosphärische Ozonkonzentration sowohl eine jährliche, als auch eine regionale Abhängigkeit aufweist. Das Maximum der Ozonkonzentration in der Stratosphäre befindet sich über dem Äquator mit einem Minimum über den Polen. Über letzterem ist natürlich die jährliche Schwankung stark ausgeprägt. So richtet sich in der Stratosphäre ein Temperaturgefälle vom jeweiligen Sommerpol über den Äquator hin zum Winterpol.
Am oberen Rand der Stratosphäre hat die Luftmasse bereits so stark abgenommen, dass kaum noch Sauerstoff für die Ozonproduktion vorhanden ist. Nach einer Übergangsschicht, wo die Temperatur keinen vertikalen Gradienten aufweist, der sogenannten Stratopause, folgt oberhalb von 51 km Höhe die Mesosphäre.