A Exosfera é a camada mais externa da atmosfera, situada acima da termosfera. Na Terra a exosfera começa a uma altitude que varia de aproximadamente 500 até 1000 km, dependendo da atividade solar, e se estende até dezenas de milhares de quilômetros, onde a atmosfera se confunde com o espaço exterior (meio interplanetário). "Exo" significa "para fora".

É a camada mais alta, e zona de transição com o espaço exterior. Extremamente rarefeita, composta principalmente de hidrogênio e hélio suas temperaturas são em torno de 1000º C, a 2000ºC, podendo variar significativamente em função da atividade solar, latitude e período do dia (manhã, tarde, noite ou madrugada). Apesar da elevada temperatura, não há perigo de uma nave ou satélite sofrer aquecimento, já que a atmosfera a esta altitude é extremamente rarefeita, o que faz com que a troca de calor seja muito pequena. É nessa altitude que se situam diversos satélites, inclusive o famoso telescópio espacial Hubble.

Pelo fato da sua temperatura ser elevada e da densidade ser extremamente baixa, uma parcela significativa das moléculas e átomos que compõem a atmosfera a esta altitude se encontram ionizados, formando um plasma e não se comportando como um gás. Também é na exosfera que se encontram os cinturões de radiação de Van Allen.