L'exosphère est la couche de transition entre l'atmosphère et l'espace extérieur, de ~600 km à ~10 000 km. La densité de particules y est si faible que le libre parcours moyen (distance entre collisions) dépasse l'échelle de la couche elle-même.
Les particules les plus légères (hydrogène, hélium) peuvent atteindre la vitesse de libération et s'échapper dans l'espace (fuite atmosphérique). Ce processus explique pourquoi la Terre a perdu la majeure partie de son hydrogène originel. De nombreux satellites géostationnaires (36 000 km) orbitent techniquement dans l'exosphère. Elle n'a pas d'impact direct sur la météorologie de surface.