Khí quyển quá nóng bởi vì nó hấp thụ một lượng lớn bức xạ tia cực tím và tia X đến Trái đất từ mặt trời, chuyển nó thành nhiệt. Nhiệt độ của nó rất thay đổi, dựa trên cả hai thời gian trong ngày và hoạt động của mặt trời.
Nhiệt độ bên trong khí quyển tăng lên ở các mức cao hơn cho đến khi nó trở nên ổn định phần nào cho đến nhiệt độ, phần cuối của nhiệt quyển và phần đầu của ngoại quyển. Ở các tầng trên, nhiệt độ điển hình của khí quyển thường nằm trong khoảng từ 900 độ đến 3.600 độ F. Nhiệt độ này thường nóng hơn khoảng 400 độ F vào ban ngày so với ban đêm. Nhiệt độ nóng hơn khoảng 900 độ F khi mặt trời hoạt động mạnh hơn so với khi không hoạt động.
Nhiệt khí quyển được coi là một phần của khí quyển, nhưng nó cực kỳ mỏng và có các thành phần khác với khí quyển thấp hơn. Thay vì hỗn hợp các khí được tìm thấy trong bầu khí quyển thấp, các nguyên tố khác nhau có xu hướng ở các vùng khác nhau trong khí quyển. Ngoài ra, các phân tử khí có xu hướng phân ly thành các nguyên tử riêng lẻ, do đó các khí trong khí quyển phần lớn là oxy nguyên tử, nitơ nguyên tử và heli. Những khí này thường xuyên bị bức xạ ion hóa từ mặt trời va chạm, tước bỏ các electron khỏi chúng.
