Lejos de la superficie terrestre, las inversiones de temperatura se deben al descenso y el consiguiente calentamiento del aire en los anticiclones (áreas atmosféricas de alta presión), o a la penetración de masas de aire frío en otras más cálidas. Dentro de los anticiclones, incluidos los situados sobre los amplios cinturones subtropicales, el aire de las capas secas situadas bajo la tropopausa (límite entre la troposfera y la estratosfera) desciende a razón de aproximadamente 1 km al día como parte de la circulación atmosférica a gran escala y, en el curso de este desplazamiento, se calienta por compresión. El descenso suele interrumpirse a una altitud de aproximadamente 1 km, una zona donde el aire que desciende es más cálido y se apoya sobre la parte superior de una capa atmosférica enfriada por la superficie o procedente de regiones más frías, o que se está elevando a consecuencia de movimientos de convección o de turbulencias próximos a la superficie. La base de la inversión en torno a los anticiclones subtropicales, centrados aproximadamente a 30º al norte y al sur del ecuador, se encuentra a una altitud próxima a los 500 m, y por encima la temperatura puede aumentar más de 10 ºC por km. La base está más elevada hacia el ecuador a lo largo de la dirección noreste y sureste de los alisios, y puede llegar hasta 2.000 m. En la zona de convergencia de los alisios penetran en la inversión masas de grandes cumulonimbos que inyectan enormes cantidades de humedad y calor en las capas altas de la atmósfera.
Son ejemplos de penetración de masas de aire cálido por corrientes frías los flujos de los frentes cálidos y fríos; el caso más destacado es el de los monzones; los flujos que sobrevuelan lagos o mares relativamente fríos (la brisa marina, por ejemplo) y penetran durante el día en las masas continentales adyacentes, mientras que de noche se dirigen desde tierra hacia el mar. Las inversiones por encima de las brisas están a casi 1 km de la superficie, mientras que las que afectan a frentes cálidos y fríos pueden encontrarse dentro de la troposfera. La temperatura aumenta con la altitud también en la estratosfera; el aumento es más acusado en las capas medias y altas situadas entre 20 y 50 km de altitud.
