Termosféra leží ve výšce asi od 80 km - 500 km. Někdy se jako termosféra označuje celá část ovzduší nad mezosférou, jindy se horní hranice termosféry klade do maximální výšky, v níž se běžne vyskytuje polární záře, tj. asi 700 km.

Molekuly plynu v termosféře jsou slunečním zářením rozloženy na ionty. Teplotu zde nelze měřit metodami používanými v hustší atmosféře. Teplota se určuje na základě kinetické energie jednotlivých částic, a označuje se proto jako kinetická teplota. Ta v termosféře do výšky 200 km - 300 km roste a dosahuje maximálních hodnot řádu stovek °C.