Samal ajal, kui atmosfäär neelab pika laine kiirguse maa peal, kiirgab see energiat väljapoole säraval viisil. Atmosfääri viis kiirgada energiat väljapoole nimetatakse atmosfääri kiirguseks. Kuna atmosfääri temperatuur ise on madal ja kiirgatava kiirgusenergia lainepikkus on pikem, nimetatakse seda ka atmosfääri pikalaineliseks kiirguseks. Atmosfäärikiirguse suund on nii üles- kui allapoole. Atmosfäärikiirguse allapoole suunatud osa on päikesekiirguse suunale vastupidine, nii et seda nimetatakse atmosfääri pöördkiirguseks. Atmosfääri pöördkiirgus on oluline soojusallikas maapinnal.
Atmosfääri pöördkiirguse olemasolu tõttu on tegelik soojuskadu maapinnal väiksem kui päikesekiirgusest maapinnal vabanev soojuskadu. Atmosfääri isolatsioonimõju nimetatakse atmosfääri kasvuhooneefektiks. See atmosfääri soojuse säilitamise mõju tõstab pinnalähedast temperatuuri ligikaudu 18 °C võrra. Kuna kuu ei ole atmosfääri nagu maa, temperatuur selle pinnal muutub drastiliselt päeval ja öösel. Pinna temperatuur päeva jooksul võib ulatuda 127 °C, ja see võib langeda -183 ° C öösel.
