->warstwa ta, rozciąga się na wysokości ok. 55-80 km. Cechuje się ponownym szybkim spadkiem temperatury z wysokością (średnio 2,3°C/1 km) i na górnej granicy osiąga temperatury rzędu od -80 do -90°C, a nawet niższe. Są to najniższe temperatury w atmosferze.
• Prędkości wiatrów w omawianej warstwie podlegają dużym wahaniom - od 15 do ponad 100 m/s.
• Wskutek szybkiego pionowego spadku temperatury w mezosferze rozwinięta jest turbulencja.
• To tu mają miejsce zorze polarne, czyli zjawisko świecenia cząsteczek powietrza pobudzonych strumieniem wysokoenergetycznych cząstek wysyłanych w przestrzeń przez Słońce.
• Powietrze w tej warstwie jest silnie zjonizowane, tzn. jego atomy są pozbawione zewnętrznych elektronów, co powoduje, że powietrze jako gaz jest "naładowane" elektrycznie
• Ponad mezosferą, w przedziale wysokości 80-85 km, znajduje się warstwa przejściowa -mezopauza.
->Jest najrozleglejszą warstwą atmosfery, gdyż rozciąga się od wysokości ok. 80km aż do ok. 800km. Promy kosmiczne orbitują z reguły właśnie w tej warstwie (najniższa orbita wahadłowca to ok. 350km nad powierzchnia Ziemi). Nazwa bierze się stąd, iż temperatura znowu rośnie wraz z wysokością, lecz w pewnym momencie nie tylko przekracza 0 st. Celsjusza lecz dochodzi nawet do ok. 1000 stopni
• W termosferze gęstość powietrza jest już bardzo mała, co oznacza, że zawiera ona niewielką ilość ciepła, przez co może reagować szybko na dobowe zmiany ilości promieniowania słonecznego.
• Dobowa różnica jest bardzo duża - na wysokości 500 km temperatura w ciągu dnia może wzrosnąć znacznie powyżej 1000°C, podczas gdy w nocy obniża się do 400°C.
• Bardzo wysokie temperatury w tej części atmosfery są rezultatem pochłaniania promieniowania słonecznego o bardzo małych długościach fal.
• Głównym składnikiem termosfery jest tlen atomowy. W tej warstwie występują zorze polarne.
• W termosferze część cząsteczek gazu jest zjonizowana. Warstwie zjonizowanego gazu nadano nazwę jonosfery (od 80 do 700 km) -niżej dodatnie, wyżej ujemne
-> Skutkiem pochłaniania przez cząsteczki krótkofalowego (ultrafioletowego) promieniowania słonecznego jest jonizacja powietrza, tzn. powstawanie cząsteczek gazu obdarzonych dodatnim lub ujemnym ładunkiem elektrycznym. Zjawisko to jest charakterystyczne dla mezosfery i termosfery. jonosfera to warstwa gdzie takie cząsteczki występują. Zawiera się ona w granicach od 60 do 1000 km wysokości.
-> Zorza polarna to rozbłyski światła w wysokich warstwach atmosfery. Zjawisko powstaje w jonosferze (wysokość 100 -400 kilometrów) i najczęściej występuje na wysokości 100 - 150 kilometrów. Występują jednak odstępstwa od reguły i zorza była polarna była notowana na wysokości 70 i 1000 kilometrów. Zorza powstaje poprzez wyrzucane przez słońce elektrony i protony, które natrafiając na atmosferę ziemską, pobudzają azot oraz wodór i w wyniku reakcji dochodzi do zjawiska świecenia. Cząstki słoneczne wnikają do atmosfery i ulegają przyspieszeniu. Pole magnetyczne ziemi, powoduje że cząstki wnikają w atmosferę w pobliże bieguna magnetycznego Ziemi. Zjawisku temu towarzyszą procesy jonizacji, które prowadzą do zakłóceń w odbiorze krótkich fal radowych.
Warstwa uznawana jeszcze za atmosferę, chociaż większość gazów w tej warstwie jest już pochodzenia kosmicznego (są to głównie gazy korony słonecznej - najbardziej zewnętrznej warstwy atmosfery Słońca).
• Istnieje od 500 do 2000 km
• brak tlenu
• słabe oddziaływanie grawitacyjne