Samtidig som atmosfæren absorberer langbølgestråling på bakken, utstråler den energi utover på en strålende måte. Atmosfærens måte å utstråle energi utover kalles atmosfærisk stråling. Fordi temperaturen i atmosfæren i seg selv er lav og bølgelengden til den utstrålte strålende energien er lengre, kalles den også atmosfærisk langbølgestråling. Retningen av atmosfærisk stråling er både oppover og nedover. Den nedadgående delen av atmosfærisk stråling er rett overfor retningen av solstråling, så det kalles atmosfærisk omvendt stråling. Atmosfærisk omvendt stråling er en viktig kilde til varme på bakken.
På grunn av eksistensen av atmosfærisk omvendt stråling, er det faktiske varmetapet på bakken mindre enn det som frigjøres av solstråling på bakken. Denne isolasjonseffekten av atmosfæren kalles den atmosfæriske drivhuseffekten. Denne atmosfæriske varmebevaringseffekten øker temperaturen nær overflaten med ca. 18 °C. Fordi månen ikke har en atmosfære som jorden, endres temperaturen på overflaten drastisk dag og natt. Overflatetemperaturen i løpet av dagen kan nå 127 °C, og den kan synke til -183 °C om natten.
