根据火箭和卫星的探测，穿过寒冷的对流层顶部(气温最低达-80℃)、平静的平流层(气温逐渐上升至-3℃～-17℃)以及距地面80～85公里的中间层(气温又降至-113℃左右)，便进入到奥秘无穷的境地——高温而不热的热层。

　　热层包括从距地面85公里至800公里的广大空间。在热层内，空气十分稀薄，空气质量仅占大气总质量的万分之五。它的特点是随着高度的增加，气温急剧上升。在150公里的高空，每升高100米，气温竟升高2℃，因此，在200公里的高空，气温已升至1000℃;300～500公里为1500℃左右;到700公里的高空，气温竟高达3000℃，远远超过了炼钢的温度。

　　热层的高温是怎样形成的呢?这主要是太阳紫外线辐射几乎全部被热层大气中氧分子和氧原子吸收了的缘故。在100公里以上的高空，大气密度和热容量很小，那里气温升高一度所需的热量，还不到海平面气温升高一度所需热量的亿分之一。因此，即使太阳辐射的很少一部分，也就是够使热层的大气温度升得很高了。

　　那么热层的高温，能否熔化钢铁呢?应该说这是很诱人的想法。让我们首先对气温有了认识，所谓气温，就是意味着空气分子平均动能，热层的空气分子或离子由于平均动能极大，可以使气温高达3000℃。但是，那里的大气毕竟太稀薄了，如在200公里的高空，空气密度每立方厘米仅达十万亿分之一克，不足海平面空气密度的十亿分之一。由于热层的空气密度如此稀薄，以致使得那里的分子或离子温度虽高，但却稀稀拉拉，寥寥无几。如果把某个物体放在这个“高温层”中，具有高温的空气分子是很少有机会同该物体“见面”和“接触”的。例如卫星，由于它的高速(每秒8公里)而远比静止物体碰到高温分子的机会多，但每秒在每平方厘米的面积上，也至多能获得十万分之一卡的热量。如果按照这个加热速度，一克水温度升高1℃，竟需要28个小时。据卫星观测的资料表明，650公里高空，虽然气温已超过2000℃，但在太阳直接照射下的卫星表面，温度才达33℃，而当运动到地球的阴影区时，卫星表面温度却迅速下降至零下86℃。可见，这里的温度虽然很高，但却不热，当然更不能指望在那里炼钢了。

　　热层奇特性质的奥秘，科学家们还在探索之中，如果高层大气的化学成分方面有足够可靠的资料，热层以至外大气层热状况的研究，就将取得更新的成就。