Die termosfeer (van die Griekse θερμός thermos, "hitte") is die laag van die Aarde se atmosfeer reg bo die mesosfeer en reg onder die eksosfeer. In dié laag veroorsaak ultravioletstraling foto-ionisasie/fotodissosiasie van molekules en skep dit ione in die ionosfeer. Die termosfeer begin omtrent 80 km bo seevlak. Die temperatuur neem met die hoogte toe vanweë die absorpsie van uiters energieke sonstraling. Temperature hang nou af van sonaktiwiteit en kan tot 1 700 °C of meer bereik. Straling maak dat die atmosfeerdeeltjies in dié laag elektries gelaai raak (sien ionosfeer). Dit speel ’n belangrike rol by die voortplanting van radiogolwe, aangesien radiogolwe onder bepaalde toestande na die aarde teruggekaats word. In die eksosfeer, vanaf sowat 600 km bo seevlak, verander die atmosfeer in die ruimte, hoewel die termosfeer volgens die definisie van die Kármán-lyn self deel van die ruimte is. Die hoogs verdunde gas in dié laag kan bedags temperature van 2 500 °C bereik. Ondanks dié hoë temperature sal ’n waarnemer of voorwerp koue temperature in die termosfeer ervaar, want die besonder lae digtheid van die gas maak dat die molekules nie hitte kan oordra nie.