Đồng thời khí quyển hấp thụ bức xạ sóng dài trên mặt đất, nó tỏa ra năng lượng ra ngoài một cách rạng rỡ. Cách bức xạ năng lượng ra bên ngoài của khí quyển được gọi là bức xạ khí quyển. Bởi vì nhiệt độ của bầu khí quyển thấp và bước sóng của năng lượng bức xạ bức xạ dài hơn, nó còn được gọi là bức xạ sóng dài trong khí quyển. Hướng bức xạ trong khí quyển là cả lên và xuống. Phần xuống của bức xạ khí quyển chỉ là đối diện với hướng bức xạ mặt trời, vì vậy nó được gọi là bức xạ ngược khí quyển. Bức xạ ngược khí quyển là một nguồn nhiệt quan trọng trên mặt đất.
Do sự tồn tại của bức xạ ngược khí quyển, tổn thất nhiệt thực tế trên mặt đất ít hơn so với bức xạ mặt trời được giải phóng trên mặt đất. Hiệu ứng cách nhiệt này của khí quyển được gọi là hiệu ứng nhà kính trong khí quyển. Hiệu ứng bảo quản nhiệt trong khí quyển này làm tăng nhiệt độ gần bề mặt khoảng 18 °C. Bởi vì mặt trăng không có bầu khí quyển như trái đất, nhiệt độ trên bề mặt của nó thay đổi đáng kể cả ngày và đêm. Nhiệt độ bề mặt trong ngày có thể đạt 127 ° C, và nó có thể giảm xuống -183 ° C vào ban đêm.
