La mesosfera è costituita da diversi strati d'aria a densità, pressione e temperatura rapidamente decrescenti.
Le particolarità di questa zona atmosferica sono la presenza di gas rarefatti e una temperatura molto bassa.
La luce solare scinde le molecole presenti nell'aria: l'anidride carbonica in ossigeno e in monossido di carbonio, la molecola d'acqua in idrogeno e ioni ossidrile.
I moti delle masse d'aria sono pressochè nulli.
In questa zona si manifesta il fenomeno delle nubi nottilucenti.