Выше 50 км расположены три верхние слоя атмосферы: мезосфера, термосфера и экзосфера. Также можно упомянуть про озоновый слой и ионосферу, которые также находятся на этих уровнях и защищают Землю от солнечного излучения. Здесь происходят различные процессы, такие как, например, северное сияние.
Самый верхний слой атмосферы – экзосфера, которая является внешней оболочкой термосферы (высота приблизительно 700 км.). Все газы здесь сильно разряжены и идет их прямая утечка в космос, межпланетное пространство, то есть диссипация. У Меркурия и Луны вся атмосфера является экзосферой, так как она характеризуется крайней степенью разреженности.