Dans la thermosphère, les trois principaux gaz qui composent l'air sont l'oxygène atomique, l'azote atomique et l'hélium. Contrairement au-dessous de la mésopause, les composants gazeux de la thermosphère sont séparés en fonction de leurs éléments chimiques.
La thermosphère est la couche de l'atmosphère terrestre au-dessus de la mésophère et au-dessous de l'exosphère. Il commence à 56 miles au-dessus du sol et s'étend entre 311 et 621 miles et est appelé la couche initiale de l'espace extra-atmosphérique. A cette altitude, la turbulence et la densité de l'air sont quasi inexistantes. Cela permet aux gaz de se séparer en fonction de leurs propriétés chimiques, contrairement aux gaz mélangés sous la mésopause, la frontière entre la mésosphère et la thermosphère.
Dans leurs formes naturelles, l'oxygène et l'azote sont des molécules diatomiques, ce qui signifie qu'ils ne contiennent que deux atomes du même élément. Cependant, l'oxygène et l'azote atomiques dans la thermosphère ne sont plus diatomiques. Ceci est causé par des températures élevées comprises entre 932 et 3 632 degrés Fahrenheit. En plus des effets des températures élevées, les photons ultraviolets et de rayons X du soleil brisent les molécules d'oxygène et d'azote, formant de l'oxygène et de l'azote atomiques. La haute énergie des photons peut également arracher des électrons aux gaz, créant des ions d'oxygène, d'azote et d'hélium.
