对流层顶逆温层最早是基于多年垂直高分辨率探空资料利用对流层顶相对坐标做气候平均发现的。相对于高度坐标而言，对流层顶上方的这种强稳定度层特征在对流层顶相对坐标中更加突出。后来的研究表明，分析场资料和卫星温度廓线中也能发现类似的强静力稳定度结构。

对流层顶逆温层有明显的季节变化特征，其厚度是冬季大于夏季，但是静力稳定度增加幅度则在夏季比较大。 

目前对对流层顶逆温层的形成和维持的机理尚未完全了解，有多种理论解释。一种机制认为，高空气旋与反气旋的不对称性及其对局地对流层顶附近温度层结的影响是存在对流层顶逆温层的原因。另一种机制认为，上对流层/下平流层区域的水汽和臭氧的垂直分布结构有辐射反馈作用（尤其是水汽的辐射冷却作用），从而增强对流层顶上方的温度层结。还有一种机制认为，布鲁尔-多布森环流的下沉支在对流层顶上方存在很强的垂直梯度，是形成对流层顶逆温层的主要原因。