平流层顶，是平流层上部的逆温层顶，是平流层与中间层之间的过渡层， 约在50—55千米高度处。大气中的臭氧到此消失， 故又称“臭氧层顶” 。由于臭氧对太阳紫外线的强烈吸收， 造成平流层上部气温明显增高，到了平流层顶气温约为270～290K 。

平流层位于对流层顶之上，顶界伸展到约50～55千米。在平流层内，随着高度的增加气温最初保持不变或微有上升，到25～30千米以上气温升高较快，到了平流层顶气温约为270～290K 。平流层的这种气温分布特征同它受地面影响小和存在大量臭氧（臭氧能直接吸收太阳辐射）有关。这一层过去常被称为同温层，实际上指的是平流层的下部。

在平流层中，空气的垂直运动远比对流层弱，水汽和尘粒含量也较少，因而气流比较平缓，能见度较佳。对于飞行来说，平流层中气流平稳、空气阻力小是有利的一面，但因空气稀薄，飞行器的稳定性和操纵性恶化，这又是不利的一面。高性能的现代歼击机和侦察机都能在平流层中飞行。随着飞机飞行上限的日益增高和火箭、导弹的发展，对平流层的研究日趋重要。

“平流层顶抬升”是一种异常的大气现象，一般发生在北半球高纬度的冬季。在中、低纬，由于大气中的臭氧直接吸收太阳短波辐射，在50km左右出现温度最大值，此处对应着平流层顶。而在极区，由于太阳辐射远远小于中、低纬，而且还受到各种动力驱动的影响，比如极区的气旋、反气旋和各种大气波动，使得不能仅仅通过大气温度判断平流层顶，特别是在极区的冬季常有平流层突然增温事件发生，10hPa高度的大气温度会突然增加几十开尔文，由此可能在更高的高度，如80km出现平流层顶，即“平流层顶抬升”。此事件与极涡和重力波活动有关。

科学家表示有机物可以生活在地球表面上方50千米的高处，也就是平流层顶。在大气层这样的高度，气压只有海平面的几分之一，温度大约为0摄氏度。但这样的温度比平流层下方要更温暖，从而创造了一个适合微生物生存的潜在家园，这些微生物可能是被风暴、火山喷发、高海拔的飞机以及其它地面上方的人类活动带至平流层的。尽管有些实验室测试表明有机物能够在这样的高度生长，但试图收集这些生物样本的科技仍有待发展。

科学家舒尔泽利用美国佛罗里达州卡纳维拉尔角肯尼迪航天中心的实验室里的火星模拟室来测试微生物在火星表面寒冷、低大气压和主要是二氧化碳的条件下生存和发展的能力。其中两个条件——温度和低大气压——和地球大气层高处的条件相似。“如果微生物能够在火星环境下生存发展，那么它们在平流层高处存活是非常可能的，” 舒尔泽在11月4日召开的科学作家2013会议上这说道。

据称微生物在地球大气层低处无处不在。科学家发现有些细菌——包括名为液化沙雷菌的常见微生物，以及在西伯利亚永久冻土里发现的食杆菌属物种——都能够在0摄氏度、富含二氧化碳、无氧气大气层，以及只有7毫巴低大气压的环境下存活。海平面的大气压平均为1013毫巴。相比之下，平流层的环境要和谐的多，至少氧气是存在的。除此之外，温度和压力环境也是非常类似的。平流层更温暖，至少不比平流层下方区域冷。从地球表面向上升，温度随着海拔的增加而不断降低，直到达到-60摄氏度的低温，然而臭氧层会吸收太阳辐射，名为气溶胶的微小粒子会开始温暖整个平流层。温度在平流层达到0摄氏度。在平流层和在往上一层中间层之间的区域，温度会再次下降。

同时，被证实的细菌可存活的最高海拔为41千米，科学家表示希望有朝一日能够在平流层发现细菌存在的证据以刷新这一纪录。在不远的未来，研究人员希望利用DART在低海拔收集微生物，包括那些可能产生疾病的微生物。“无论我们发现了什么——无论它是什么——我们都将测试收集的细菌和真菌以测试它们是否能够生长。”

这些测试，与在火星模拟室里进行的测试一样，都非常重要，因为研究人员需要知道大气层高处的微生物是否能够吸收水和必需的营养物质进行新陈代谢以及允许它们能产生新细胞的其它活动。

如果模拟器揭示在大气层高处——潜在的甚至是平流层——发现的细菌无法生长，那么这样的海拔应该不属于活跃的生物圈。因此，活跃生物圈的范围可能仅限于地球表面上方几英里而已。然而，火星模拟室并没有解释一个重要因素：紫外线暴露。平流层位于臭氧层之上，它阻挡了大部分太阳发出的损害DNA的紫外线辐射，因此高空的紫外线水平可能也会限制微生物的存活和生长。