热成层（thermosphere）又称暖层或热层。是从中间层顶到800公里高度之间的大气层。

热成层即“暖层”，又称“热层”“电离层”。指中间层顶到800公里高度之间的大气层。这一层空气密度很小，在270千米高空，大气密度只及地面的100亿分之一。空气质点在太阳辐射和宇宙高能粒子作用下，温度迅速增高，故大气中再度出现温度随高度增加而升高的现象。

据卫星观测资料，热成层 自80—160千米开始， 空气剧烈增温， 在80千米内增温970℃， 到250千米处气温高达1027℃， 500千米处高达1201℃。但自500千米以上， 则温度变化不大。气温的剧增， 是因为波长小于0.175微米的太阳紫外线辐射被暖层所吸收的缘故。由于空气密度很小，在太阳紫外线和宇宙射线的作用下， 氧分子和氮分子被分解为原子， 并处于电离状态，因此热成层（暖层）里存在着大量的带电质点——带电的离子和电子， 具有反射无线电波的能力。电离程度越强， 反射无线电波的能力也越强， 如果没有本层， 无线电波就不能远距离传送。

热成层的密度很小，本层质量仅占大气总质量的百分之零点五。在120公里高度以上的空间，空气密度已小到声波难以传播的程度，在270公里高度上，空气密度约为地面空气的百亿分之一，在300公里的高度上，空气密度只及地面密度的千亿分之一，再向上空气就更稀薄了。热成层富含氧原子，空气处于高度电离状态。其中最强的电离层有两层，E层和F层。E层位于大约90-130公里，F层位于大约160-350公里。

有关研究表明，热成层的暂时性收缩与太阳紫外辐射的剧烈下降有关，太阳能量输出的重大变化会使地球外层大气发生剧烈变化。该发现对于轨道上运行的卫星以及空间站很重要。热成层厚度、密度减小意味着卫星更容易保持在其轨道上，但与此同时太空中垃圾和其他物体对卫星的危害时间也会延长。 此外，电离层具有反射无线电波的能力，人类可以利用它传播无线电讯号。