Tu sa teplota opäť znižuje a končí mezopauzou.
4. Nad ňou sa nachádza termosféra siahajúca do výšky 800 km (vzrast teploty s výškou). V tejto oblasti je zvýšená koncentrácia elektrónov. Elektróny spolu s pozitívne nabitými iónmi tvoria elektricky neutrálnu vodivú plazmu. Zdrojom energie pre ionizáciu je ultrafialové a röntgenové žiarenie Slnka s vlnovou dĺžkou niže 102,7 nm. Hranicu medzi termosférou a najvyššie sa nachádzajúcou exosférou tvorí termopauza.
5. V exosfére sa voľná dráha molekúl ovzdušia zväčšuje, že môžu unikať do kozmu.

Termosféra a exosféra = oblasť s vysokým stupňom ionizácie molekúl, preto sa rozdeľujú na chemosféru a ionosféru. Kým chemosféra sa prejavuje chemickými vlastnosťami atómov, molekúl a voľných radikálov, ionosféra sa prejavuje typickými vlastnosťami ionizovaného plynu (napr. elektrickou vodivosťou, schopnosťou odrážať rádiové vlny apod.)

Pre život suchozemských organizmov je rozhodujúca prízemná vrstva – troposféra s dostatkom tepla pre existenciu organizmov.
Chemické zloženie vzduchu:
je výsledkom dlhých geologických a biologických procesov za ustavičného intenzívneho pôsobenia slnečného žiarenia. Je to zmes plynov, ktoré si zachovávajú do značných výšok približne stály pomer.
78 % obj. dusíka
21 % obj. kyslíka
0,093 % obj. argónu
0,03 % obj. oxidu uhličitého a nepatrných množstiev iných vzácnych plynov, ako sú hélium, neón kryptón. V spodných vrstvách atmosféry sa vyskytuje a si 1 % vodnej pary, ktorá však nie je nad zemským povrchom rovnomerne rozdelená a podlieha časovým zmenám. Podobne je premenlivý aj obsah oxidu uhličitého, pretože vzniká pri dýchaní a spaľovaní uhlíka a spotrebúva sa pri fotosyntéze zelených rastlín. V stratosfére bola zaregistrovaná premenlivá vrstva aerosólov, obsahujúca sírany, kyselinu dusičnú, chloridy, bromidy a kremičitany. Vo vysokých vrstvách atmosféry sa vyskytuje molekulový a atómový vodík. Medzi zložky, ktoré majú premenlivú priestorovú distribúciu patrí ozón.
Z hľadiska chemického zloženia atmosféry sa odlišujú dve rozličné oblasti:
 homosféra – do 100 km (zloženie atmosféry, pokiaľ ide o hlavné zložky dusík a kyslík je približne konštantné, výraznú sú iba zmeny koncentrácie vodnej pary a ozónu),
 heterosféra – nad 100 km (zloženie ovzdušia sa podstatne mení).

Atmosféra ako celok je v dynamickej rovnováhe so svojím okolím, so zemským povrchom, hydrosférou, biosférou i s kozmickým priestorom. Všetky zložky atmosféry sa vymieňajú väčšou alebo menšou rýchlosťou s okolitým prostredím.