In der Thermosphäre sind die drei Hauptgase der Luft atomarer Sauerstoff, atomarer Stickstoff und Helium. Anders als unterhalb der Mesopause werden die Gaskomponenten der Thermosphäre nach ihren chemischen Elementen getrennt.
Die Thermosphäre ist die Schicht der Erdatmosphäre oberhalb der Mesosphäre und unterhalb der Exosphäre. Es beginnt bei 56 Meilen über dem Boden und erstreckt sich zwischen 311 und 621 Meilen und wird als die Anfangsschicht des Weltraums bezeichnet. In dieser Höhe sind Luftturbulenzen und -dichte fast nicht vorhanden. Dadurch können sich die Gase aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften trennen, im Gegensatz zu den Mischgasen unterhalb der Mesopause, der Grenze zwischen Mesosphäre und Thermosphäre.
In ihrer natürlichen Form sind sowohl Sauerstoff als auch Stickstoff zweiatomige Moleküle, was bedeutet, dass sie nur zwei Atome desselben Elements enthalten. Der atomare Sauerstoff und Stickstoff in der Thermosphäre sind jedoch nicht mehr zweiatomig. Dies wird durch hohe Temperaturen verursacht, die zwischen 932 und 3.632 Grad Fahrenheit fallen. Neben den Auswirkungen der hohen Temperaturen brechen Ultraviolett- und Röntgenphotonen der Sonne die Sauerstoff- und Stickstoffmoleküle auf und bilden atomaren Sauerstoff und Stickstoff. Die hohe Energie der Photonen kann den Gasen auch Elektronen entreißen, wodurch Sauerstoff-, Stickstoff- und Heliumionen entstehen.
