除了保护作用，臭氧层还具有加热作用。它能够吸收太阳光中的紫外线并转化为热能，从而加热大气。这种作用使得大气温度在高度50km左右形成一个峰值，地球上空15～50km处存在一个升温层。正是因为存在臭氧，才有了平流层的存在。而地球以外的行星由于缺乏臭氧和氧气，也就没有平流层。大气温度结构对大气循环有重要影响，这也是由于臭氧的高度分布所导致的。此外，臭氧在对流层上部和平流层底部也扮演着温室气体的角色。在这些低温高度，臭氧的存在对于维持地面温度同样至关重要。如果这一高度的臭氧减少，将可能引起地面气温下降。因此，臭氧的高度分布及变化对于维持地球气候稳定具有极其重要的作用。