Warstwa D Najniżej położona warstwa jonosfery, rozciągająca się na wysokości 60–90 km. Warstwa ta powstaje na skutek fotojonizacji tlenku azotu(II) (NO) przez promieniowanie ultrafioletowe o długości fali 121,5 nm. W okresach zwiększonej aktywności słonecznej, czyli gdy w obszarach plam słonecznych o złożonej strukturze pola magnetycznego rejestruje się rozbłyski powodujące burze słoneczne, twarde promieniowanie X (o długości fali poniżej 1 nm) jonizuje składniki atmosfery na wysokości warstwy (N2, O2), powodując lokalne zaburzenia pola magnetycznego, nawet nie w obszarze strefy czasowej, a samej warstwy.
Koncentracja elektronów jest względnie niska i wynosi od 2∙108 do 7∙108/m³ (największa jest w południe) i stopniowo rośnie wraz z wysokością. Po zachodzie słońca na skutek rekombinacji warstwa ta niemal zanika i istnieje tylko dzięki działaniu galaktycznego promieniowania kosmicznego. Warstwa ta powoduje silne tłumienie fal radiowych (z maksimum dla ok. 1 MHz) i odbija jedynie fale długie. Jest głównie odpowiedzialna za absorpcję fal krótkich, szczególnie poniżej 10 MHz, z coraz mniejszym pochłanianiem przy wzroście częstotliwości.