平流層（英語：stratosphere）是地球大氣圈中位於對流層上方和中間層下方的一層。其下界即對流層上界，依緯度、季節而變，距地面8~18千米，平均11~12千米；其上界距地面50~55千米。平流層的溫度變化趨勢（逆溫分布）與對流層相反，隨著高度的增加，氣溫大體呈遞增趨勢，至平流層頂達-3℃左右，最高可達17℃。由於上熱下冷，在平流層裡大氣多大尺度平流運動，幾乎沒有上下對流，氣流平穩，且很少出現雲雨等天氣現象，能見度（透明度）好，因此適合飛機飛行。

平流層的熱源主要是臭氧，靠其吸收太陽紫外線輻射而增溫。平流層聚集了大氣層中約90%的臭氧，臭氧濃度高值處稱臭氧層。臭氧層吸收了到達地球的絕大部分紫外線，對人和其他生物有重要的保護作用。近幾十年來，臭氧層受到了嚴重破壞，尤其是被稱作「臭氧層空洞」的南極上空臭氧濃度極低值區。

儘管天氣現象少見，但中、高緯度（尤其是北歐等地）早、晚時偶可觀測到由細小冰晶組成的，有珍珠斑色彩，薄而透明的珠母雲。平流層環流變化常為對流層環流變化的先兆，因而對長期天氣預報有參考價值。