Dopo aver superato la mesopausa, strato di divisione, troviamo la termosfera, nella quale la temperatura torna a salire. Considerando la quota, è d'obbligo, per eventuali visite astronautiche, indossare tute riscaldate dato che la bassa densità dei gas presenti non permette il riscaldamento minimo di queste ultime. Successivamente possiamo osservare la ionosfera, strato esterno dell'atmosfera, nella quale notiamo la presenza di gas ionizzati in tutto il suo spessore, di alcune centinaia di chilometri, e un aumento della temperatura dovuto all'irraggiamento diretto del sole fino a 1700°C. L'ultimo strato dell'atmosfera terrestre è l'esosfera dove si hanno delle modificazioni a livello chimico radicale e dove la temperatura arriva fino a 2000°C. Questo valore di temperatura e la vicinanza con lo spazio aperto provocano, delle volte, una perdita di molecole che raggiungendo la velocità di fuga escono dall'atmosfera.