高度的增加而增加。中间层中温度则随高度增加而下降。在热层中，由于气体原子对太阳辐射中短波成分有强烈吸收，温度随高度的增加急剧上升。在热层上部由于空气稀薄，温度较高，气体分子会发生电离，形成等离子体，构成电离层。散逸层向外延伸，愈发稀薄，直到磁层，那里是地磁场和太阳风相互作用的地方。距地表的高空是卡门线，实践中认为它是大气层和外层空间的分界。由于热运动，大气层外缘的部分分子速度可以大到能够摆脱地球引力。这会使大气气体缓慢但持续地。因为游离的氢分子量小，它更容易达到宇宙速度，散逸到外太空的速率也更快。其中在