אסתנוספירה (מיוונית, ἀσθενός, חלש ו-σφαῖρα, ספירה) היא השכבה העליונה הצמיגית של מעטפת כדור הארץ, הנמצאת מתחת לליתוספירה בעומקים של בין 100 ל-200 קילומטר מתחת לפני השטח, כשבסיסה מגיע לעומק של 700 ק"מ. תחת האוקיינוסים, ובמיוחד תחת הרכסים המרכז אוקייניים, שכבת האסתנוספירה קרובה יותר לפני כדור הארץ מאשר תחת היבשה. על חלקה העליון של האסתנוספירה נעים הלוחות הטקטוניים ובגלל צפיפותה המועטה הגלים סייסמיים עוברים דרכה באיטיות לעומת מעברם בשכבה שמעליה. השערות על קיומה של שכבה זו הועלו עוד בשנת 1926, אך רק לאחר רעידת האדמה בוואלדיביה ב-22 במאי 1960 התקבל אישוש לכך.