Les molécules y sont très rares, la pression y est presque nulle.

Le nom de cette enveloppe vient du fait que la température y est élevée. Elle augmente avec l’altitude, jusqu’à une couche se situant entre 250 et 500 kilomètres où les températures oscillent entre 300 °C et 1 600 °C, en fonction de l’énergie reçue par le soleil.

En fait, la température qui mesure l’agitation des molécules (plus la vitesse des particules est grande, plus la température est élevée) ne correspond pas à une température «ressentie». À cette altitude, la température ne se mesure pas avec un thermomètre, car l’air se raréfiant, la densité de matière y est faible et les transferts d’énergie entre molécules sont peu nombreux. C’est pourquoi, les molécules en agitation ne communiqueraient que très peu d’énergie à un thermomètre qui se trouverait dans cette couche. La température se mesure à partir de la résistance que l’air offre aux satellites présents dans cette couche. Un thermomètre afficherait une température faible, voire glaciale.

Cela explique que la station orbitale internationale puisse être positionnée dans cette couche, entre 350 et 400 km, bien que les températures annoncées soient très élevées.

On peut ajouter que la thermosphère est la région où, près des pôles, se forment les aurores boréales et australes.