Trong khí quyển, ba loại khí chính tạo nên không khí là oxy nguyên tử, nitơ nguyên tử và heli. Không giống như bên dưới trung bình, các thành phần khí của nhiệt quyển được phân tách dựa trên các nguyên tố hóa học của chúng.
Nhiệt khí quyển là lớp của khí quyển trái đất ở trên trung bì và bên dưới ngoại quyển. Nó bắt đầu ở độ cao 56 dặm so với mặt đất và kéo dài từ 311 đến 621 dặm và được coi là lớp ban đầu của không gian bên ngoài. Ở độ cao này, sự nhiễu loạn và mật độ không khí gần như không có. Điều này cho phép các khí phân tách dựa trên các đặc tính hóa học của chúng, không giống như các khí hỗn hợp bên dưới lớp trung lưu, ranh giới giữa trung quyển và nhiệt khí quyển.
Ở dạng tự nhiên, cả oxy và nitơ đều là các phân tử tảo cát, có nghĩa là chúng chỉ chứa hai nguyên tử của cùng một nguyên tố. Tuy nhiên, oxy nguyên tử và nitơ trong khí quyển không còn là diatomic nữa. Điều này là do nhiệt độ cao rơi vào khoảng 932 đến 3,632 độ F. Ngoài tác động của nhiệt độ cao, các photon tia cực tím và tia X từ mặt trời phá vỡ các phân tử oxy và nitơ, tạo thành oxy nguyên tử và nitơ. Năng lượng cao từ các photon cũng có thể tách các electron ra khỏi khí, tạo ra các ion oxy, nitơ và heli.
