Nella media atmosfera si trovano la stratosfera e la mesosfera, le quali sono separate da una sottile zona di transizione detta stratopopausa, che si trova all'incirca a 40 km di quota. La temperatura che la caratterizza è approssimativamente di 0 °C e un gas molto importante presente a cavallo di questa zona è l'ozono (O_³), presente in uno spesso strato situato tra i 15 e 80 km (detto ozonosfera), ma che pone la sua massima concentrazione intorno ai 25 km d'altezza.
L'ozono è di vitale importanza in quanto assorbe quasi completamente i raggi ultravioletti solari di lunghezza d'onda inferiore ai 300 nm, letali per ogni forma di vita.
La mesosfera poi si estende sino a 80 km di quota.