Otra característica peculiar es que es la atmósfera más fría del Sistema Solar, con una mínima en su estratosfera de tan solo 49 K, sin embargo, en la última capa atmosférica, la termosfera, se llegan a alcanzar más de 800 K. Los procesos que causan este calentamiento son de momento desconocidos, ya que la radiación ultravioleta o la ionización por auroras no aportan calor necesario para alcanzar estas temperaturas. Con la troposfera y estratosfera tan frías, sólo las capas exteriores se presentan en estado gaseoso, así que la práctica totalidad del agua, del hidrosulfuro de amonio y del amoníaco se presentan en estado líquido.

En cuanto a su dinámica, la atmósfera de Urano, al igual de lo que pasará también con la de Neptuno, tiene rasgos diferenciales con las de los gigantes gaseosos Júpiter y Saturno. Las diferencias vienen de las características físicas de los gigantes helados, menor tamaño, mayor lejanía al Sol y mayor período de rotación (poco más de 17 h). El menor calor almacenado por su tamaño disminuye el mecanismo de calentamiento de Kelvin-Helmholtz, lo que provoca unos cilindros de Taylor-Proudmann mayores que se plasman finalmente en un menor número de bandas de circulación nubosa. Frente a las 8 de Júpiter o las 6 de Saturno, Urano solo presenta 3, una ecuatorial y otras dos en cada zona templadas de cada hemisferio, cuya máxima velocidad se alcanza aproximadamente a los 50 grados de latitud en cada hemisferio. Aun así, los vientos en Urano no son despreciables, alcanzándose los 200 m/s a esos 50 grados de latitud y de unos 100 a 50 m/s en sentido contrario en el ecuador. Los vientos son retrógrados, en contra de la rotación planetaria en el ecuador.