Nell'alta atmosfera si trovano la mesosfera e la termosfera, le quali sono separate da una sottile zona di transizione detta mesopausa, che si trova all'incirca a 80 km di quota ed è caratterizzata da temperature che vanno da -70 °C a -100 °C. Sopra la mesopausa si trova la termosfera che viene fatta giungere fino a 650 km d'altezza. In essa la temperatura aumenta rapidamente, i gas sono ionizzati o allo stato atomico. Nella termosfera si verificano importanti fenomeni elettrici e geomagnetici, tra cui le aurore polari. Essa è sede degli strati ionizzati a maggior densità elettronica, è sede cioé della parte più importante della ionosfera.