Termosfera jest tak gorąca, ponieważ absorbuje duże ilości promieniowania ultrafioletowego i promieniowania rentgenowskiego, które dociera do Ziemi ze słońca, zamieniając je w ciepło. Jego temperatura jest bardzo zmienna, w oparciu o obie pora dnia i aktywność słońca.
Temperatury wewnątrz termosfery wzrastają na wyższych poziomach, aż stają się nieco stabilne aż do termopauzy, końca termosfery i początku egzosfery. Na wyższych poziomach typowe temperatury termosfery wynoszą zwykle od 900 stopni do 3600 stopni Fahrenheita. Ta temperatura często jest o około 400 stopni Fahrenheita wyższa w ciągu dnia niż w nocy. Jest o około 900 stopni Fahrenheita cieplejszy, gdy słońce jest bardzo aktywne, niż gdy jest nieaktywne.
Termosfera jest uważana za część atmosfery, ale jest wyjątkowo cienka i ma inne składniki niż dolna atmosfera. Zamiast mieszaniny gazów znajdujących się w niższej atmosferze, różne elementy znajdują się w różnych regionach termosfery. Ponadto cząsteczki gazu mają tendencję do dysocjacji na pojedyncze atomy, tak że gazy w termosferze są w dużej mierze atomowym tlenem, atomowym azotem i helem. Gazy te są często uderzane przez promieniowanie jonizujące ze słońca, odbierając z nich elektrony.
