Ngoại quyển là khu vực cao nhất của bầu khí quyển Trái Đất (nghĩa là nó là giới hạn trên của khí quyển) khi nó dần dần biến thành khoảng trống của không gian. Không khí ở ngoại quyển cực kỳ mỏng đến mức một vài nguyên tử hoặc phân tử của nó không có khả năng va chạm với nhau - theo nhiều cách, nó gần giống như khoảng trống không có không khí của không gian bên ngoài. Trong bầu khí quyển của Trái Đất, ngooại quyển là phần cao nhất của bầu khí quyển nơi mật độ của các phân tử khí rất thấp. Tại Sao Thủy, không gian ngoài vũ trụ là bầu khí quyển duy nhất, do đó, hành tinh này có cái gọi là không gian ngoài giới hạn bề mặt, có các phân tử khí va chạm với bề mặt (hoặc thoát ra khỏi hành tinh) thay vì va chạm với nhau.Không phải tất cả các nhà khoa học đều đồng ý rằng ngoại quyển thực sự là một phần của bầu khí quyển. Một số nhà khoa học coi tầng nhiệt độ là phần cao nhất của khí quyển Trái Đất và nghĩ rằng ngoài vũ trụ thực sự chỉ là một phần của không gian. Tuy nhiên, các nhà khoa học khác xem xét phần ngoài vũ trụ của bầu khí quyển hành tinh chúng ta.Vì ngoài vũ trụ dần dần mờ dần vào không gian bên ngoài, không có ranh giới trên rõ ràng của lớp này. Một định nghĩa về giới hạn ngoài cùng của tầng ngoài đặt mép trên cùng của bầu khí quyển của Trái Đất khoảng 190.000 km (120.000 dặm), khoảng nửa đường đến mặt trăng. Ở khoảng cách này, áp suất bức xạ từ ánh sáng mặt trời tác dụng lực lên các nguyên tử hydro nhiều hơn lực hút của Trái Đất. Một mờ sáng của bức xạ cực tím rải rác bởi các nguyên tử hydro trong khí quyển cao nhất đã được phát hiện ở các độ cao 100.000 km (62.000 dặm) bằng vệ tinh. Vùng phát sáng UV này được gọi là vùng phát sáng uv.Bên dưới vũ trụ, các phân tử và nguyên tử của khí quyển liên tục va chạm với nhau. Tuy nhiên, không khí trong không gian mỏng đến mức va chạm như vậy là rất hiếm. Các nguyên tử và phân tử khí trong vũ trụ di chuyển dọc theo "quỹ đạo đạn đạo", gợi nhớ đến chuyến bay vũ trang của một quả bóng ném (hoặc bắn đại bác!) Khi nó dần dần cong về phía Trái Đất dưới lực kéo của trọng lực. Hầu hết các hạt khí trong vũ trụ phóng to dọc theo các đường cong mà không bao giờ va vào một nguyên tử hoặc phân tử khác, cuối cùng bị đẩy trở lại bầu khí quyển thấp hơn do lực hấp dẫn. Tuy nhiên, một số hạt chuyển động nhanh hơn không quay trở lại Trái Đất - thay vào đó chúng bay vào vũ trụ! Một phần nhỏ bầu khí quyển của chúng ta "rò rỉ" vào không gian mỗi năm theo cách này.Mặc dù ngoài vũ trụ là một phần kỹ thuật của bầu khí quyển Trái Đất, theo nhiều cách, nó là một phần của không gian bên ngoài. Nhiều vệ tinh, bao gồm Trạm vũ trụ quốc tế (ISS), quỹ đạo trong vũ trụ hoặc bên dưới. Ví dụ, độ cao trung bình của ISS là khoảng 330 km (205 dặm), đặt nó trong tầng nhiệt dưới tầng ngoài! Mặc dù bầu khí quyển rất, rất mỏng trong tầng nhiệt và ngoài vũ trụ, nhưng vẫn có đủ không khí để gây ra một lực kéo nhẹ lên các vệ tinh quay quanh các lớp này. Lực kéo này dần dần làm chậm tàu ​​vũ trụ trong quỹ đạo của chúng, do đó cuối cùng chúng sẽ rơi ra khỏi quỹ đạo và bốc cháy khi chúng quay trở lại bầu khí quyển trừ khi có gì đó được thực hiện để đẩy chúng trở lên. ISS mất khoảng 2 km (1,2 dặm) ở độ cao mỗi tháng để "phân rã quỹ đạo" như vậy, và định kỳ phải được trao một tăng lên bởi động cơ tên lửa để giữ nó trong quỹ đạo.