थर्मोस्फीयर मेसोपॉज के ऊपर 80 से 400 किमी की ऊंचाई के बीच स्थित है। इसमें विद्युत आवेशित कण होते हैं, जिन्हें आयन कहा जाता है। इसलिए इसे आयनमंडल भी कहते हैं। यहां ऊंचाई बढ़ने के साथ तापमान बढ़ने लगता है। पृथ्वी से प्रसारित रेडियो तरंगें इस परत से परावर्तित होकर वापस पृथ्वी पर आती हैं। अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन और अन्य उपग्रह इसी परत में परिक्रमा करते हैं। इस परत के निचले भाग में ऑरोरा देखे जाते हैं।
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