La ionosfera o ionósfera es la parte de la atmósfera terrestre ionizada permanentemente debido a la fotoionización que provoca la radiación solar.

Se sitúa entre la mesosfera y la exosfera, y en promedio se extiende aproximadamente entre los 85 km y los 700 km de altitud

La ionosfera también se conoce como termosfera por las elevadas temperaturas que se alcanzan en ella debido a que los gases están en general ionizados. Si el sol está activo, las temperaturas en la termosfera pueden llegar a 1.500 °C; sin embargo, estas elevadas temperaturas no corresponden con la sensación de calor que tendríamos en la troposfera porque en la termosfera la densidad es muchísimo más baja. Los gases aparecen ionizados porque esta capa absorbe las radiaciones solares de menor longitud de onda (rayos gamma y rayos X) que son altamente energéticos.

Esta capa contribuye esencialmente en la reflexión de las ondas de radio emitidas desde la superficie terrestre, lo que posibilita que éstas puedan viajar grandes distancias sobre la Tierra gracias a las partículas ionizadas presentes en esta capa.

Además, en esta capa se desintegran la mayoría de meteoroides, a una altura entre 80 y 110 km, debido al rozamiento con el aire y dan lugar a meteoros o estrellas fugaces.

Pero las estrellas fugaces no son el único fenómeno luminoso que ocurre en esta capa. En las regiones polares las partículas cargadas portadas por el viento solar son atrapadas por el campo magnético terrestre incidiendo sobre la parte superior de la ionosfera y dando lugar a la formación de auroras.

Es importante señalar que la termosfera y ionosfera son dos entidades físicas distintas. Mientras que la designación de termosfera se basa simplemente en el perfil de temperaturas vertical, la designación de ionosfera hace referencia a la presencia destacable de iones (de aquí su relación con la propagación de ondas de radio).

Como, los límites obtenidos en ambos criterios son difusos y además coincidentes, algunos autores proponen que la ionoesfera estaría contenida en la termosfera, mientras que otros, sería al contrario.