中间层（Mesosphere）又称中层，是指自平流层顶到85千米之间的大气层。该层内因臭氧含量低，同时，能被氮、氧等直接吸收的太阳短波辐射已经大部分被上层大气所吸收，所以温度垂直递减率很大，对流运动强盛。

中间层又称中层。自平流层顶到85千米之间的大气层。

该层内因臭氧含量低，同时，能被氮、氧等直接吸收的太阳短波辐射已经大部分被上层大气所吸收，所以温度垂直递减率很大，对流运动强盛。中间层顶附近的温度约为190开；空气分子吸收太阳紫外辐射后可发生电离，习惯上称为电离层的D层；有时在高纬度、夏季、黄昏时有夜光云出现。

地球大气按其基本特性可分为若干层，但按不同的特性有不同的分层方法。自地球表面向上，随高度的增加空气愈来俞稀薄。大气的上界可延伸到2000～3000公里的高度。在垂直方向上，大气的物理性质有明显的差异。

根据气温的垂直分布、大气扰动程度、电离现象等特征，一般将大气分为五层对流层、平流层、中间层、热层和 外层（又称外逸层或逃逸层）。接近地面、对流运动最显著的大气区域为对流层，对流层上界称对流层顶，在赤道地区高度约17～18千米，在极地约8千米；从对流层顶至约50千米的大气层称平流层，平流层内大气多作水平运动，对流十分微弱，臭氧层即位于这一区域内；中间层又称中层，是从平流层顶至约80千米的大气区域；热层是中间层顶至300～500千米的大气层；热层顶以上的大气层称外层大气。

氮气和氧气为主，几乎没有臭氧。该层的60-90公里高度上，有一个只有在白天出现的电离层，叫做D层。

从平流层顶到85公里高度为中间层。其主要特征：

（1）气温随高度增高而迅速降低，中间层的顶界气温降至－83℃～－113℃。因为该层臭氧含量极少，不能大量吸收太阳紫外线，而氮、氧能吸收的短波辐射又大部分被上层大气所吸收，故气温随高度增加而递减。

（2）出现强烈地对流运动，又称为高空对流层或上对流层。这是由于该层大气上部冷、下部暖，致使空气产生对流运动。但由于该层空气稀薄，空气的对流运动不能与对流层相比。

相对于在中间层之下的平流层，气温会随高度而增加，中间层与对流层一样气温会随高度按比例递减。在中间层底部，高浓度的臭氧会吸引紫外线使平均气温徘徊在-2.5℃左右，甚至会高达0℃左右。但随着高度增加臭氧浓度会随之减少，所以在中间层顶的平均气温又会降至-92.5℃的低温。因此，通常在中间层顶附近，是大气垂直结构内最低温的部分。由于中间层的平均气温递减率却比对流层的小，虽有少部份的对流活动发生，但相对地都较稳定，甚少发生高气压、低气压的现象。亦因为中间层的大气密度非常之低，所以这层的热力构造主要由氧分子把太阳的紫外线吸收进而把大气加热，与及二氧化碳放射出红外线而冷却两者的平衡去决定。

中间层夏季会比冬季处于一个气温更低的状态。这是因为冬季时，大气重力波破碎在这一层输送向西的动量，如同施加向西的拖曳力。为了平衡这一拖曳力，大气必须朝极地经向运动获得朝东的科氏力。这一由夏极地到冬极地的经向运动造成了夏极地的大气上升，绝热膨胀冷却；冬极地的大气则下沈，绝热压缩加热。这一环流对温度的影响超过了太阳辐射加热，因此中间层顶的温度反而是阳光直射的夏极地最冷，无阳光的冬极地最热。因此，夏季中间层顶的气温可以低至-100℃以下。如此低温之下，像夜光云般的特殊薄云也有可能被观测到。而在中间层顶以上的大气所蕴含的原子・分子因受到太阳的紫外线影响而进行电离，增加了自由电子。这样地大气进行电离的一层称作电离层，而当中最底的一层D层就位于中间层顶付近，即离地面50至90公里的高空，所以中间层顶部的电子密度处于一个比较多的状态。

中间层不会发生高・低气压。但因为中间层的大气密度非常之小，故像行星波之类的长周期波动，会以一个大的震幅从底层传递上来。根据这样的波动现象，在震幅极端大的地方会形成力学上不稳定的部分。再者，这种波动现象亦同样对其附近的大气循环做成较大影响。

在中间层，气温随着高度的上升而下降。中间层与电离层的下部相重叠。在距地面50～800千米的空间，稀薄的空气分子，在强烈阳光照射下，形成离子。电离层好像一面镜子，把广播台发出的电波返射回地面，这样我们就能收到广播。

大气层存在许许多多的有趣现象，各层所散发出的不同魅力，如中间层的夜光云、夏冬季天气的反常……除了对流层、平流层，离我们比较远的中间层、暖层、外层，也和我们的生活密不可分。

瑞利散射激光雷达能够探测22-60 km范围内大气温度的垂直分布。

瑞利散射激光雷达适合于探测中间层低层大气温度分布。其主要原理是：认为中间层低层大气的大气回波主要是分子瑞利散射信号，忽略气溶胶粒子的散射信号；假设已知某一高度上大气密度，可求得大气密度廓线；结合理想气体状态方程和大气静力学方程求得大气温度。