地球最外面的一层被称为散逸层，有时也被称为外层或逃逸层。这一层位于热层之上，是地球大气的最外层。在散逸层中，由于太阳紫外线和宇宙射线的作用，大部分气体分子都会发生电离，导致质子和氦核的含量显著高于中性分子的含量。散逸层中的空气极为稀薄，其密度几乎与太空密度相同，因此常被称作外大气层。在这里，气体和微粒由于受到地心引力的影响极小，可以逃逸出地球大气层，进入太空。关于逃逸层的上界位置，目前还没有统一的看法，实际上地球大气与星际空间之间并没有明确的界限。在散逸层中，随着高度的增加，温度略有上升。
散逸层的大气主要由电离气体组成，其密度与星际空间非常接近。这一层的大气质量仅占整个地球大气总质量的极小部分，大约是10^-11。在这一层中，地球大气逐渐过渡到几乎与星际空间相同的条件，地冕也存在于这一层。尽管散逸层的气温极高，但由于大气密度极其低下，即使理论上存在温暖，也无法被人感受到。普通的温度计在这里只能测得摄氏零度以下的温度。