โดยทั่วไปแล้วบรรยากาศชั้นบนจะถือว่าเป็นพื้นที่ของเทอร์โมสเฟียร์ซึ่งเป็นชั้นนอกของชั้นบรรยากาศโลกที่เริ่มต้นประมาณ 56 ไมล์ (90 กิโลเมตร) ขึ้นไปและทอดยาวไปจนถึง 375 ไมล์ (604 กิโลเมตร) ยานอวกาศเช่นสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) หรือ US Space Shuttle โดยทั่วไปโคจรรอบชั้นบรรยากาศในระยะประมาณ 140 ไมล์ (225 กิโลเมตร) ในทางตรงกันข้ามเครื่องบินพาณิชย์เดินทางในชั้นบรรยากาศสตราโตสเฟียร์ที่ต่ำกว่ามากซึ่งมีความสูงสูงสุด 31 ไมล์ (50 กิโลเมตร) ซึ่งมีชั้นโอโซนของโลกอยู่
ในขณะที่ความเข้มข้นของอากาศของชั้นบรรยากาศโลกในภูมิภาคเทอร์โมสเฟียร์นั้นบางมากเมื่อเทียบกับสิ่งที่ผู้คนพบบนพื้นผิวโลกบรรยากาศนี้ก็ร้อนมากเช่นกันเนื่องจากการแผ่รังสีที่ได้รับจากดวงอาทิตย์ การประมาณค่าของชั้นบรรยากาศในเทอร์โมสเฟียร์ชั้นบนทำให้อุณหภูมิสูงถึง 3,600 °ฟาเรนไฮต์ (2,000 องศาเซลเซียส) เนื่องจากความหายากของก๊าซในบรรยากาศในระดับนี้อย่างไรก็ตามความร้อนของพวกมันไม่ได้ถูกถ่ายทอดไปยังวัตถุที่ผ่านพื้นที่
ชั้นบรรยากาศชั้นที่ห้าที่รวมเข้ากับสุญญากาศของอวกาศและมักจะไม่ถือว่าเป็นส่วนหนึ่งของบรรยากาศที่แท้จริงคือชั้นนอก ความหนาแน่นของอากาศนอกโลกนั้นต่ำมากและภูมิภาคนี้ขยายจาก 375 ไมล์ (604 กิโลเมตร) เป็น 6,200 ไมล์ (9,978 กิโลเมตร) เอ็กโซสเฟียร์ผสานกับภูมิภาคของแถบรังสีของอัลลันแวนเหนือซึ่งเป็นพื้นที่ของอนุภาคแม่เหล็กที่มีประจุสูงที่สร้างขึ้นและถูกยึดไว้โดยสนามแม่เหล็กของโลก Exosphere นั้นบางจนมีเพียงหนึ่งอะตอมของอากาศหรือไฮโดรเจนต่อลูกบาศก์เซนติเมตรของพื้นที่ในพื้นที่ที่สูงกว่าและกว่า 50% ของโมเลกุลดังกล่าวก็หนีไปสู่อวกาศได้ในที่สุด ภูมิภาคนี้ใช้สำหรับดาวเทียมที่มีวงโคจรต่ำหลายดวงซึ่งไม่ได้รับผลกระทบจากก๊าซที่ถูกทำให้บริสุทธิ์
หนึ่งในแง่มุมที่เป็นเอกลักษณ์ของบรรยากาศตอนบนก็คือมันเป็นบ้านของแสงออโรร่าเช่น Aurora Borealis และ Aurora Australis หรือแสงเหนือและแสงใต้ซึ่งมองเห็นได้ชัดเจนภายใน 10 °ถึง 20 °ละติจูดของทิศเหนือหรือ ขั้วโลกใต้ แสงถูกสร้างขึ้นจากเอฟเฟกต์แม่เหล็กที่โลกสร้างขึ้นเมื่อมันมีปฏิสัมพันธ์กับลมสุริยะและก๊าซในชั้นบรรยากาศในระดับนี้ สีของแสงที่แสดงในชั้นบรรยากาศจะขึ้นอยู่กับประเภทของโมเลกุลของอากาศที่ได้รับผลกระทบด้วยสีเขียวถึงสีน้ำตาลแดง - แดงที่เกิดจากออกซิเจนสีฟ้าจากไนโตรเจนที่แตกตัวเป็นไอออนและสีแดงจากไนโตรเจนในสภาวะพลังงานต่ำ
