Мезосфера (от мезо... и сфера), слой атмосферы, лежащий между стратосферой и термосферой на высотах от 50—55 км до 85—100 км над уровнем моря. Характеризуется понижением температуры с высотой от значений –20... +10 °C в окрестности стратопаузы до значений –70... –130 °C в окрестности мезопаузы. Часть атмосферы, включающую стратосферу и мезосферу, называют средней атмосферой. Тепловой режим мезосферы определяется лучистым теплообменом и переносом тепла вертикальными и горизонтальными потоками воздуха. В верхней мезосфере к этим механизмам теплопереноса добавляется турбулентная и молекулярная теплопроводности. Вклад в тепловой баланс верхней мезосферы вносят также экзотермические химические реакции с участием атомов водорода и кислорода. Во внетропических широтах температура нижней мезосферы летом выше, чем зимой (за счёт поглощения солнечной радиации озоном); температура верхней мезосфере, наоборот, летом ниже, чем зимой (благодаря циркуляции воздуха). Слой атмосферы, включающий верхнюю мезосферу и мезопаузу, — самый холодный в атмосфере. Поступление тепла за счёт радиации здесь относительно невелико (в частности, из-за малого количества озона в дневное время), радиационное выхолаживание верхней мезосферы из-за низкой температуры тоже слабое. Тепловое излучение воздуха зависит от температуры, что приводит к ослаблению температурных возмущений в атмосфере. Однако в холодной верхней мезосфере этот механизм недостаточно эффективен, поэтому возмущения температуры, вызванные движением воздуха, проявляются здесь при прочих равных условиях сильнее, чем в более тёплых областях.

Зимой в мезосфере преобладают западные, а летом — восточные ветры. Циркуляция воздуха в мезосфере формируется вследствие тепловых процессов, а также в результате взаимодействия воздушных потоков с волнами в атмосфере (планетарными и гравитационными), распространяющимися из нижней атмосферы, и атмосферными приливами. Внутренние гравитационные волны в верхней мезосфере достигают больших амплитуд, и их обрушение приводит к торможению зонального воздушного потока. В результате в мезосфере и нижней термосфере под действием силы Кориолиса возникает меридиональная циркуляция воздуха, восходящая ветвь которой располагается над тем полюсом Земли, где стоит лето, а нисходящая — над тем, где зима. Этот процесс вызывает адиабатические изменения температуры верхней мезосферы, наиболее значительные в полярных областях: нагревание в «зимнем» полушарии и охлаждение в «летнем».

Газовый состав мезосферы зависит от высоты над уровнем моря, географические широты, сезона и времени суток. В верхней мезосфере понижается относительно содержание углекислого газа (при неизменном содержании азота и кислорода) в результате фотодиссоциации и молекулярной диффузии. Содержание водяного пара в верхней мезосфере быстро уменьшается с высотой. Содержание озона в дневных условиях уменьшается с высотой, ночью же в окрестности мезопаузы наблюдается его локальный высотный максимум. В мезосфере с высотой возрастает концентрация атомов кислорода и водорода. В верхней мезосфере наблюдается локальный максимум концентрации гидроксила. По сравнению с нижележащими слоями атмосферы в мезосфере существенно возрастает содержание ионов: мезосфера включает бoльшую часть слоя D ионосферы. В верхней мезосфере в умеренных и высоких широтах (55—65°) летом наблюдаются серебристые облака, а в полярных широтах — их аналог — полярные мезосферные облака. Верхней мезосфере свойственно также явление мезосферного эха. Во 2-й половине 20 века зимой в средних широтах Северного полушария наблюдалось охлаждение верхней мезосферы, чёткого объяснения которому пока не найдено.

Холтон Дж. Р. Динамическая метеорология стратосферы и мезосферы. Л., 1979; Брасье Г., Соломон С. Аэрономия средней атмосферы. Л., 1987; Тарасенко Д. А. Структура и циркуляция стратосферы и мезосферы северного полушария. Л., 1988; Атмосфера: Справочник. Л., 1991; Шефов Н. Н., Семенов А. И., Хомич В. Ю. Излучение верхней атмосферы – индикатор ее структуры и динамики. М., 2006.