高層大氣，是指地球大氣開始電離（約60千米）以上的大氣區域。對于高層大氣起始高度的劃分不盡一致，如有人把探空氣球可上升到30千米高度作為高層大氣下限，也有人把中間層頂（約80千米）以上的大氣區域稱為高層大氣。

高層大氣上界的層狀結構已不明顯，由于收到太陽輻射的緣故，高層大氣粒子速度很高，這些大氣粒子有可能克服地球引力的束縛而逃離地球大氣層，而宇宙空間的氣體粒子也有可能進入高層大氣。

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