ไอโอโนสเฟียร์ (อังกฤษ: ionosphere) เป็นชั้นบรรยากาศของโลกที่กลายเป็นไอออนเนื่องจากการแผ่รังสีสุริยะ อยู่ภายในชั้นเทอร์โมสเฟียร์ชั้นไอโอโนสเฟียร์เป็นชั้นที่ปกป้องโลกจากรังสีของดวงอาทิตย์ไม่ให้เข้ามามากและป้องกันคลื่นรังสีจากขั้วโลกทั้งสองไม่ให้เข้ามารบกวนคลื่นในโลกของเรา ชั้นนี้เป็นชั้นที่ติดกันกับชั้นขอบอวกาศนอกโลก ชั้นไอโอโนสเฟียร์มีอีกชื่อนึงว่า เทอร์โมสเฟียร์