Étant donné que l'exosphère est la couche la plus haute de l'atmosphère terrestre, l'air qu'elle contient est très fin car il se fond lentement dans l'espace extra-atmosphérique. L'air dans l'exosphère présente de multiples similitudes avec le vide de l'espace, et il est généralement caractérisé par l'existence de gaz atmosphériques légers comme l'hélium et l'hydrogène ainsi que des traces d'oxygène atomique et de dioxyde de carbone.
La plupart des satellites, y compris la Station spatiale internationale, orbitent juste au-dessous ou à l'intérieur de l'exosphère. L'exosphère est aussi la couche où les molécules et les atomes s'échappent dans l'espace lointain. La couche immédiate avant l'exosphère est la thermosphère et la limite qui sépare les deux est connue sous le nom de thermopause, qui se trouve à environ 375 milles au-dessus de la Terre. Les atomes et les molécules de gaz atmosphériques sous l'exosphère sont souvent en collision constante les uns avec les autres, mais les molécules à l'intérieur de l'exosphère entrent rarement en collision car elles sont généralement distantes de plusieurs centaines de kilomètres. Cependant, malgré l'énorme distance entre les molécules, l'exosphère subit des températures élevées car les molécules qu'elle contient se déplacent à des vitesses très élevées.
La seule partie de l'exosphère visible depuis la Terre est connue sous le nom de géocouronne. Les atomes d'hydrogène dispersés dans la géocouronne lui confèrent une faible lueur de rayonnement.
