Současně, když atmosféra absorbuje dlouhovlnné záření na zemi, vyzařuje energii ven zářivým způsobem. Způsob vyzařování energie v atmosféře se nazývá atmosférické záření. Vzhledem k tomu, že teplota samotné atmosféry je nízká a vlnová délka vyzařované sálavé energie je delší, nazývá se také atmosférické záření s dlouhými vlnami. Směr atmosférického záření je směrem nahoru i dolů. Sestupná část atmosférického záření je přesně opačným směrem slunečního záření, takže se nazývá atmosférické reverzní záření. Atmosférické zpětné záření je důležitým zdrojem tepla na zemi.
Vzhledem k existenci atmosférického zpětného záření je skutečná tepelná ztráta na zemi menší než úbytek slunečního záření na zemi. Tento izolační efekt atmosféry se nazývá atmosférický skleníkový efekt. Tento atmosférický účinek tepelného konzervace zvyšuje teplotu v blízkosti povrchu přibližně o 18 °C. Protože Měsíc nemá atmosféru jako Země, teplota na jeho povrchu se drasticky mění ve dne i v noci. Povrchová teplota během dne může dosáhnout 127°C, a to může klesnout na -183°C v noci.
