Termosfääri, eksosfääri

Mesopaussin yläpuolella on termosfääri, jossa lämpötila taas alkaa nousta. Tämä lämpö on peräisin lähinnä Auringon hyvin lyhytaaltoisesta ultraviolettisäteilystä. Lämpötila voi kohota jopa pariintuhanteen celsiusasteeseen. Tässä on kyseessä kineettinen lämpötila, joka siis riippuu atomien ja molekyylien nopeuksista. Koska aine on äärimmäisen harvaa, sillä ei ole juuri minkäänlaista lämmittävää vaikutusta.

Termosfääri sisältää happi- ja typpiatomeja ja -molekyylejä, typpioksideja ja myös heliumia ja vetyä. Eri aineet asettuvat painonsa mukaisesti kerroksiksi. Hyvin ohuessa kaasussa ei esiinny tuulia eikä myöskään pystysuoria virtauksia, joten varsinkaan termosfäärin ylimmät kerrokset eivät juuri sekoitu toisiinsa.

Noin 500 kilometrin korkeudella termosfääri vaihtuu vähitellen yhä ohenevaksi eksosfääriksi. Eksosfääri koostuu pääasiassa vedystä ja heliumista, jotka ovat maailmankaikkeuden yleisimpiä alkuaineita. Eksosfäärin hiukkaset karkaavat ennen pitkää avaruuteen. Mitään ylärajaa eksosfäärillä ja siten koko ilmakehällä ei ole. Kaasu vain harvenee vähitellen ulospäin mentäessä ja ilmakehä vaihtuu planeettainväliseen avaruuteen.