同温层位于地表上空10至50公里处，具体而言是从对流层顶向上延伸至35-40公里高度的区域。这一层是平流层中温度分布最稳定的部分，其名称源于该区域内气温几乎不随高度变化的特点。

同温层作为平流层的重要组成部分，其科学定位经历了认知演变过程。早期观测发现从对流层顶到35-40公里高度存在恒温现象，温度维持在-55℃左右，故命名为"同温层"。现代研究证实，该区域实际属于平流层的中下层，其温度特征源于特殊的能量平衡机制。平流层底部吸收太阳紫外线后，臭氧分子发生光解反应释放热量，形成上热下冷的逆温结构。其中10-40公里区间因热传导作用形成温度平台区，这正是传统定义的"同温层"范围。气象探测数据显示，中纬度地区同温层始于离地表10公里处，极地地区则从8公里开始，这种差异与对流层顶高度随纬度变化有关。航空观测表明，商用客机巡航高度（9-12公里）正处于同温层底部边界，该区域大气垂直运动微弱，具有优异的飞行稳定性。卫星遥感资料进一步揭示，同温层内臭氧浓度在20-25公里处达到峰值，形成保护地球生物的关键屏障。随着探测技术进步，学界已明确同温层并非独立圈层，而是平流层中具有特殊热力学特征的区域。国际气象组织建议采用"平流层"作为标准术语，但"同温层"概念在航空、气候研究等领域仍被沿用。当前研究更关注该区域在全球能量传输、大气环流调节中的作用，其精确边界定义需结合纬度、季节等参数动态判定。