W termosferze trzy główne gazy tworzące powietrze to tlen atomowy, atomowy azot i hel. W przeciwieństwie do mezopauzy składniki gazowe termosfery są rozdzielane na podstawie ich pierwiastków chemicznych.
Termosfera jest warstwą ziemskiej atmosfery nad mezophere i poniżej egzosfery. Rozpoczyna się 56 mil nad ziemią i rozciąga się między 311 a 621 mil i jest nazywana początkową warstwą przestrzeni kosmicznej. Na tej wysokości prawie nie ma turbulencji i gęstości powietrza. Pozwala to na oddzielenie gazów w oparciu o ich właściwości chemiczne, w przeciwieństwie do gazów mieszanych poniżej mesopauzy, granicy między mezosferą a termosferą.
W swojej naturalnej postaci zarówno tlen, jak i azot są cząsteczkami dwuatomowymi, co oznacza, że zawierają tylko dwa atomy tego samego pierwiastka. Jednak atomowy tlen i azot w termosferze nie są już dwuatomowe. Jest to spowodowane wysokimi temperaturami, które mieszczą się między 932 a 3632 stopniami Fahrenheita. Oprócz działania wysokich temperatur, fotony ultrafioletowe i rentgenowskie ze słońca rozbijają cząsteczki tlenu i azotu, tworząc atomowy tlen i azot. Wysoka energia z fotonów może również oderwać elektrony od gazów, tworząc jony tlenu, azotu i helu.
