Termosfera este atât de fierbinte, deoarece absoarbe o cantitate mare de radiații ultraviolete și de raze X care vin pe pământ de la soare, transformându-l în căldură. Temperatura sa este extrem de variabilă, bazată pe ambele timpul zilei și activitatea soarelui.
Temperaturile din termosferă cresc la nivele mai ridicate până când devin oarecum stabile până la termopauză, la sfârșitul termosferei și la începutul exospherei. În nivelele superioare, temperaturile tipice ale termosferei sunt de obicei oriunde între 900 și 3600 de grade Fahrenheit. Această temperatură este adesea de aproximativ 400 de grade Fahrenheit mai fierbinte în timpul zilei decât în timpul nopții. Este de aproximativ 900 de grade Fahrenheit mai cald atunci când soarele este foarte activ decât atunci când este inactivă.
Termosfera este considerată parte a atmosferei, dar este extrem de subțire și are componente diferite decât atmosfera inferioară. Mai degrabă decât amestecul de gaze găsite în atmosfera inferioară, diferite elemente tind să fie în diferite regiuni ale termosferei. În plus, moleculele de gaz tind să disocieze în atomi individuali, astfel încât gazele din termosferă să fie în mare parte oxigen atomic, azot atomic și heliu. Aceste gaze sunt frecvent lovite de radiațiile ionizante de la soare, care le îndepărtează de ele.
