Nhiệt khí quyển là lớp nóng nhất của khí quyển. Nó kéo dài từ 80 km trên bề mặt Trái đất lên đến 600 km và có thể nóng lên đến 1.500 độ C vì nó rất nhạy cảm với hoạt động của mặt trời . Không khí loãng và cực kỳ nóng, và có các phân tử không khí thưa thớt trong lớp này.
Năng lượng của mặt trời làm nóng bầu khí quyển. Lớp này nhận được một lượng lớn năng lượng mặt trời làm tăng nhiệt độ của nó. Tuy nhiên, ngay cả khi nhiệt độ cực nóng, không khí vẫn cảm thấy lạnh vì các phân tử nóng ở cách xa nhau. Một vùng được gọi là tầng điện ly nằm trong khí quyển. Trong khu vực này, các nguyên tử và phân tử thưa thớt của bầu khí quyển bị phá vỡ thành các ion và điện tử (tức là bị ion hóa) bởi bức xạ mặt trời.
