Die Thermosphäre ist so heiß, weil sie einen großen Teil der ultravioletten und Röntgenstrahlung, die von der Sonne auf die Erde kommt, absorbiert und in Wärme umwandelt. Ihre Temperatur ist extrem variabel, basierend auf beiden die Tageszeit und die Aktivität der Sonne.
Die Temperaturen innerhalb der Thermosphäre steigen auf höheren Niveaus an, bis sie bis zur Thermopause, dem Ende der Thermosphäre und dem Beginn der Exosphäre einigermaßen stabil wird. In den oberen Ebenen liegen die typischen Temperaturen der Thermosphäre normalerweise zwischen 900 Grad und 3.600 Grad Fahrenheit. Diese Temperatur ist tagsüber oft etwa 400 Grad Fahrenheit heißer als nachts. Wenn die Sonne sehr aktiv ist, ist es etwa 900 Grad Fahrenheit heißer als wenn sie inaktiv ist.
Die Thermosphäre gilt als Teil der Atmosphäre, ist jedoch extrem dünn und hat andere Komponenten als die untere Atmosphäre. Anstelle der Gasmischung in der unteren Atmosphäre befinden sich verschiedene Elemente in der Regel in verschiedenen Regionen der Thermosphäre. Außerdem neigen die Gasmoleküle dazu, in einzelne Atome zu dissoziieren, so dass die Gase in der Thermosphäre größtenteils aus atomarem Sauerstoff, atomarem Stickstoff und Helium bestehen. Diese Gase werden häufig von ionisierender Strahlung der Sonne getroffen, wodurch ihnen Elektronen entzogen werden.
