Nella termosfera, i tre principali gas che compongono l'aria sono l'ossigeno atomico, l'azoto atomico e l'elio. A differenza di quanto accade sotto la mesopause, i componenti del gas della termosfera sono separati in base ai loro elementi chimici.
La termosfera è lo strato dell'atmosfera terrestre sopra il mesophere e sotto l'esosfera. Inizia a 56 miglia dal suolo e si estende tra 311 e 621 miglia e viene indicato come lo strato iniziale dello spazio esterno. A questa altitudine, la turbolenza e la densità dell'aria sono quasi inesistenti. Ciò consente ai gas di separarsi in base alle loro proprietà chimiche, a differenza dei gas misti al di sotto della mesopause, del confine tra la mesosfera e la termosfera.
Nelle loro forme naturali, sia l'ossigeno che l'azoto sono molecole biatomiche, nel senso che contengono solo due atomi dello stesso elemento. Tuttavia, l'ossigeno atomico e l'azoto nella termosfera non sono più biatomici. Questo è causato da alte temperature che cadono tra 932 e 3.632 gradi Fahrenheit. Oltre agli effetti delle alte temperature, i fotoni ultravioletti e dei raggi X del sole rompono le molecole di ossigeno e azoto, formando ossigeno atomico e azoto. L'alta energia proveniente dai fotoni può anche strappare elettroni dai gas, creando ioni di ossigeno, azoto ed elio.
