Термосфера (от термо... и греч. spháira — шар), слой верхней атмосферы, расположенный между верхней границей мезосферы — мезопаузой и основанием экзосферы (в среднем от высот около 80 км до 500 км). Положение этих уровней изменяется в пределах ± 10—20%. Для термосферы характерен положительный градиент температуры. Он равен нулю в мезопаузе, имеет максимальное значение между 100 и 200 км и вновь становится равным нулю вблизи основания экзосферы. Здесь атмосфера становится практически изотермической. От мезопаузы до экзосферы температура приблизительно изменяется от 200 К до 1000—2000 К. Особенно велики вариации температуры у основания экзосферы.

Плотность термосферы в среднем изменяется от 1,8 ×10-8 г/см3 на высоте около 80 км до 1,8×10-15 г/см3 на высоте около 500 км. В мезопаузе относительный состав атмосферных компонент близок к приземному, но чем выше, тем большее количество кислорода находится в атомарном состоянии. На уровне около 120 км начинается диффузионное разделение газов. Выше уровня 200—300 км преобладающим становится более лёгкий атомарный кислород. Выше 500 км имеются значительные относительные концентрации ещё более лёгких элементов: водорода и гелия. Часть молекул и атомов термосферы находится в ионизированном состоянии и сосредоточена в нескольких слоях (см. Ионосфера).

Все характеристики термосферы подвержены весьма значительным вариациям в зависимости от географического положения, солнечной активности, сезона года и времени суток. Температурный и динамический режим термосферы регулируется поглощаемой ею энергией. Эта энергия может вводиться как от источников, расположенных извне, так и снизу из тропосферы. Основные источники термосферной энергии: жёсткое солнечное электромагнитное излучение, диссоциирующее и ионизирующее атмосферу; энергичные заряженные частицы (протоны и электроны), вторгающиеся в высокоширотные области атмосферы во время полярных сияний; диссоциированные на атомы молекулы атмосферы; акустически гравитационные волны, которые могут возникать как в тропосфере, так и в верхней атмосфере в области полярных сияний; диссипация энергии при циркуляции термосферы.

Молекулы азота, кислорода и атомы кислорода, преобладающие в составе термосферы, не могут излучать в больших количествах инфракрасное излучение. Поэтому из-за недостаточности излучающей способности термосфера сильно разогревается, в особенности на больших высотах. При этих условиях отвод тепла может осуществляться только теплопроводностью к мезопаузе вследствие положительного градиента температуры. В мезопаузе содержится большое количество сложных молекул (двуокиси углерода, воды и озона), которые хорошо излучают инфракрасную радиацию и тем самым обеспечивают отвод тепла, накопленного вверху, за пределы земной атмосферы.

Термосфера оказывает тормозящее действие на ИСЗ. Кроме того, от её состояния сильно зависит поведение ионосферы.

Околоземное космическое пространство, пер. с англ., М., 1966; Физика верхней атмосферы Земли, пер. с англ., под ред. Г. С. Иванова-Холодного, Л., 1971; Красовский В. И., Штили и штормы в верхней атмосфере, М., 1971.