平流层(英语：Stratosphere)，亦称同温层，位于对流层的上方和中间层的下方。其下界在中纬度地区位于距离地表10km处，在极地则在8km左右，其上界则约在离地50km的高度。平流层的温度上热下冷，随着高度的增加，平流层的气温在起初基本不变，然后迅速上升。在平流层里大气主要以水平方向流动，垂直方向上的运动较弱，因此气流平稳，基本没有上下对流。

由于含有大量臭氧，平流层的上半部分能吸收大量的紫外线，也被称为臭氧层。

地球大气层

散逸层（800km ～ 2000km至3000km）

热层（80至85km ～ 800km）

中间层（50km ～ 80至85km）

平流层（7至11km ～ 50km）

对流层（0km ～ 7至11km）

温度变化和气候

平流层是地球大气层里上热下冷的一层，随着高度的增加，平流层的气温在起初基本不变约216K（-57.15°C），升至20－32km后气温迅速上升，到了其上界达到270K至290K（-3.15°C至16.85°C），与地面气温相近。平流层又因此被分成不同的温度层，其中高温层在顶部，而低温层在底部。这一点与位于其下贴近地表的对流层刚好相反，对流层是上冷下热的。

平流层的上述气温分布特征与它受地面影响较小和存在大量臭氧有关。在平流层顶部的臭氧因为吸收了来自太阳的紫外线而升温。因此越靠近其上界，其气温便越高。平流层顶部称为平流层顶，而在此之上气温又会再以随高度而下降。

由于高温层置上而低温层置下，因此在平流层里大气在垂直方向上的运动较弱，基本没有上下对流。大气在其中主要以水平方向流动，气流较为平稳。

气候和物理化学现象

平流层是一个放射性、动力学及化学过程都会有强烈反应的区域。因为其水平的气态成份混合比起垂直的混合都来得要快。一个较为有趣的平流层环流特性是发生于热带地区的准双年震荡（QBO）。这种现象由重力波引导，是由于对流层的对流而引至的。准双年震荡引致了次级环流的发生，这对于全球性的平流层输送诸如臭氧及水蒸气等尤为重要。

在北半球的冬季，平流层突发性增温经常发生。这是因为平流层吸收了罗斯贝波所致。

臭氧损耗

臭氧层的损耗主因，是因为平流层中存在着含氯氟烃（简称CFCs - 如CF2Cl2及CFCl3）。含氯氟烃是氯、氟及碳的聚合物。正因为含氯氟烃的稳定性、价钱低廉、无毒性、非易燃性、非腐蚀性，时常被用作喷雾剂、冷却剂及溶剂等等。但正因它的稳定性却使其持续存在于环境之中，不易化解。这些分子会逐渐地飘到平流层，继而进行一连串的链锁反应，最终会使到臭氧层受到损耗。

美国政府早于1980年已经禁止使用含氯氟烃作为喷雾剂。世界各国亦开始于1987年9月努力减少使用含氯氟烃，直至1996年，全球禁止工厂生产及释放含氯氟烃的法例终于生效。虽然这些努力的成效因为中国及俄罗斯民间非法生产而被减弱，但是预计在本世纪中期氟氯烃的浓度就会回落至合理水平。

平流层高空飞行的B-36轰炸机

人类应用

航空

目前大型客机大多飞行于此层，以增加飞行的稳定度。原因有：

1.能见度高：地球大气的平流层水汽、悬浮固体颗粒、杂质等极少，天气比较晴朗，光线比较好，能见度很高，便于高空飞行。

2.受力稳定：平流层的大气上暖下凉，大气不对流，以平流运动为主，飞机在其中受力比较稳定，便于飞行员操纵架驶。

3.噪声污染小：平流层距地面较高，飞机绝大部分时间在其中飞行，对地面的噪音污染相对较小。

4.安全系数高：飞鸟飞行的高度一般达不到平流层，飞机在平流层中飞行就比较安全。在起飞和着陆时，要设法驱赶开飞鸟才更为安全。

在温带地区，商业客机一般会于离地表10公里的高空，即平流层的底部处巡航。这是为了避开对流层因对流活动而产生的气流。而在客机巡航阶段所遇上的气流，大多是因为在对流层发生了对流超越现象。同样地，滑翔机一般会在上升暖气流上滑翔，这股气流从对流层上升到达平流层就会停止。这样一来变相为世界各地的滑翔机设定了高度限制。（纵然有些滑翔机会用上背风波来飞得更高，把滑翔机带到平流层之中。）