L'atmosfera è divisa in cinque parti: troposfera, stratosfera, mesosfera, termosfera ed esosfera. La mesosfera, quindi, è lo strato atmosferico che inizia a 50 km dalla superficie e arriva a 80 km.
È lì che si verifica l'abbassamento più brusco della temperatura (da -10°C alla base a -90°C in alto), dovuto alla diminuzione della densità dei gas.
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È abbastanza denso, tuttavia, da offrire resistenza ai corpi che entrano nell'orbita terrestre. La maggior parte delle stelle cadenti (meteore) che vediamo sono corpi celesti che bruciano per attrito con l'aria nella mesosfera. Lo space shuttle Columbia ha preso fuoco all'interno della mesosfera a un'altitudine di 61 km nel 2003 durante il processo di rientro.
A causa di questa frequente vaporizzazione, nella mesosfera, possiamo trovare atomi e ioni metallici sospesi in questa regione. La mesosfera, invece, non ha vapore acqueo né ozono, il che significa che è costantemente bombardata dalle radiazioni emesse dal sole.
Alcuni fenomeni curiosi e poco studiati si verificano nella mesosfera. Nelle giuste condizioni meteorologiche si formano cristalli di ghiaccio che possono essere illuminati dal sole. durante il crepuscolo formando nubi nottilucenti (si verifica solo in estate tra le latitudini 50 e 70º).
Alla mesopausa, che si trova a 90 km sopra la superficie, al limite superiore della mesosfera, avviene il fenomeno della chemiluminescenza (o aeroluminescenza). Per l'interazione di atomi o molecole di ossigeno con i raggi cosmici si ha l'emissione di luce che può essere vista dal suolo.
