Dobowe różnice są bardzo duże, temperatura na wysokości 500 km zmienia się od 400 °C nocą do ponad 1000 °C w ciągu dnia. Należy zaznaczyć, że temperatura tak rozrzedzonego gazu jest rozumiana w znaczeniu termodynamicznym, jako miara średniej energii kinetycznej cząsteczek. Ze względu na panującą w termosferze wysoką próżnię, przewodzenie ciepła niemal nie zachodzi i obiekty w termosferze szybko tracą ciepło przez wypromieniowanie. Podczas minimum aktywności słonecznej emisja wysokoenergetycznego promieniowania znacznie spada i dzienne temperatury termosfery są o kilkaset kelwinów niższe.

Powyżej wysokości 90–100 km (homopauzy) gazy atmosferyczne nie są już w istotny sposób mieszane przez turbulencje i skład chemiczny zmienia się z wysokością. Obszar ten nosi nazwę heterosfery i obejmuje termosferę. W termosferze występują fale i pływy atmosferyczne, powodujące ruchy cząstek, który można określać mianem wiatru.