La mésosphère contient différents types de gaz qui sont mélangés dans l'air et une couche de sodium profonde. La plupart des météores de l'espace brûlent dans cette couche. Un type spécial de nuages, appelés nuages nocturnes, se forme parfois près des pôles nord et sud de la mésosphère, et il existe également de forts vents zonaux (est-ouest), des marées atmosphériques, des ondes de gravité atmosphériques internes et des ondes planétaires.
La mésosphère est la couche de l'atmosphère terrestre qui se trouve directement au-dessus de la stratopause et directement au-dessous de la mésopause. La mésosphère commence à 50 km (31 miles) au-dessus de la surface de la Terre et monte jusqu'à 85 km (53 miles) de hauteur. Dans la mésosphère, la température diminue avec l'augmentation de la hauteur. Les températures les plus froides de l'atmosphère terrestre, environ moins 90 degrés C (moins 130 degrés F), se trouvent près du sommet de cette couche.
Les scientifiques en savent moins sur la mésosphère que sur les autres couches de l'atmosphère. Les ballons météorologiques et les avions à réaction ne peuvent pas voler assez haut pour atteindre la mésosphère, et les orbites des satellites, en revanche, sont au-dessus de la mésosphère. On n'y a accédé qu'à l'aide de fusées-sondes. Les fusées-sondes effectuent des vols courts qui ne se mettent pas en orbite. La présence de décharges électriques ou d'éclairs dans la basse mésosphère, appelées sprites rouges et jets bleus, de nuages noctilescents et de cisaillements de densité au sein de la couche mal comprise sont d'un intérêt scientifique actuel.
