są to najwyższe chmury w atmosferze Ziemi. Ciśnienie osiąga tu wartość poniżej 1 hPa. Fale w atmosferze mogą przenosić ciepło z niższych warstw. Występują w niej turbulencje, prędkości wiatrów są bardzo zmienne: od 15 do 100 m/s. Do zjawisk występujących w mezosferze należą tzw. sprite („duszki”) i „elfy”, rodzaje wyładowań atmosferycznych do jonosfery występujące wysoko ponad chmurami burzowymi. Większość meteorów spala się w tym obszarze atmosfery, wzbogacając go w atomy żelaza i innych metali.
Mezosfera jest trudnym obszarem badań, jako że nie docierają do niej balony ani samoloty, a sztuczne satelity krążą powyżej mezopauzy, aby uniknąć oporów powietrza. Do badania tego obszaru atmosfery wykorzystuje się rakiety sondażowe, które mogą dokonać jedynie krótkich pomiarów.
Mezosfery innych planet mały|Wysokie warstwy atmosfery Tytana z błękitną warstwą aerozoli w mezosferze Wszystkie ciała planetarne w Układzie Słonecznym o dostatecznie gęstej atmosferze mają warstwę określaną mianem mezosfery. Temperatura w atmosferze Wenus w obszarze od 65 do 100 km nad powierzchnią maleje prawie monotonicznie z wysokością i cały ten obszar określa się mianem mezosfery. Nie występuje pod nią stratosfera. Dobowe (tj. w trakcie jednego obrotu planety) wahania temperatury są nieznaczne.