เทอร์โมสเฟียร์ (อังกฤษ: Thermosphere) คือ ชั้นบรรยากาศของโลกที่อยู่ระหว่างความสูง 90 - 800 กิโลเมตรเหนือโลก ในชั้นนี้ปฏิกิริยาทางเคมีของแสงทำให้ก๊าซต่างๆ ในชั้นนี้แตกตัวเป็นไอออนจึงอาจเรียกว่า ไอโอโนสเฟียร์ (ionosphere) พบว่าบรรยากาศชั้นนี้อุณหภูมิเพิ่มสูงขึ้นตามระดับความสูง ประมาณ 200 กิโลเมตรจากผิวโลกจะมีอุณหภูมิสูงกว่า 500°C และ ที่ระดับความสูง 700-800 กิโลเมตรจะมีอุณหภูมิ สูงกว่า 1000°C และสามารถเพิ่มสูงได้ถึง 2,000°C ที่อุณหภูมิสูงขึ้นก็เพราะบรรยากาศชั้นนี้มีการดูดกลืนแสง UV โดย O2 และ N2 ซึ่งโมเลกุลส่วนใหญ่อยู่ในรูปของ อิออน เช่น NO+, O2 และ O+ เป็นต้น

ภาพแสดงชั้นบรรยากาศของโลก