În termosferă temperaturile ating 2.500 °C, dar un om ar îngheța instantaneu în acest strat al atmosferei.

Termosfera se extinde de la aproximativ 80 de kilometri până la peste 600 de kilometri deasupra Pământului. În această regiune, radiația ultravioletă și razele X de la Soare sunt absorbite direct, determinând moleculele de oxigen și azot să atingă viteze cinetice echivalente cu temperaturi de 2.500 °C. Totuși, temperatura măsoară doar energia medie a mișcării particulelor, nu căldura totală disponibilă pentru transfer.Densitatea atmosferei la aceste altitudini este de un trilion de ori mai mică decât la nivelul mării. Distanța medie parcursă de o moleculă înainte de a se ciocni cu alta, numită parcurs mediu liber, poate depăși un kilometru în termosferă. Din acest motiv, probabilitatea ca o moleculă fierbinte să lovească corpul unui astronaut este extrem de mică, făcând transferul termic prin conducție neglijabil.Conform legii Stefan-Boltzmann, orice obiect cald emite energie sub formă de radiație infraroșie. Fără o atmosferă densă care să returneze căldura, corpul uman ar radia rapid propria energie termică în spațiul rece. Acest fenomen demonstrează distincția fundamentală dintre temperatură, care este o proprietate microscopică, și căldură, care reprezintă transferul total de energie într-un sistem fizic.