Một cơ chế thoát ly nhiệt cổ điển là Thoát ly Jeans.[2] Trong một lượng khí, vận tốc của phân tử được xác định bởi nhiệt độ, nhưng vận tốc của từng phân tử thay đổi khi chúng va chạm với nhau, tăng và giảm động năng. Sự biến đổi động năng giữa các phân tử được diễn tả bằng phân bố Maxwell–Boltzmann. Động năng và khối lượng của một phân tử quyết định vận tốc của nó bằng phương trình E k i n = 1 2 m v 2 {\displaystyle E_{\mathit {kin}}={\frac {1}{2}}mv^{2}} .

Từng phân tử ở đuôi cao của phân bố có thể đạt được vận tốc thoát ly, tại một mức độ trong khí quyển mà quãng đường tự do có thể so sánh với độ cao quy mô, và rời khí quyển.

Phân tử khí càng nặng thì vận tốc trung bình của các phân tử tại một nhiệt độ nhất định càng giảm, và ít khả năng khí đó có thể đạt tới vận tốc thoát ly.

Đây là lý do hydro thoát ly khỏi một khí quyển dễ hơn cacbon dioxit. Nếu hành tinh có khối lượng lớn hơn và vận tốc thoát ly lớn hơn thì ít hạt sẽ thoát ly hơn. Đây là lý do hành tinh khí khổng lồ vẫn còn lượng lớn hydro và heli, những khí đã thoát ly rất nhiều khỏi khí quyển Trái Đất. Với một khoảng lớn giá trị vận tốc dịch chuyển đến đoạn cuối phía trên của đồ thị phân bố, khả năng thoát ly càng cao. Một hành tinh ở xa hơn với khí quyển lạnh hơn, với các vận tốc thấp hơn, khả năng thoát ly thấp hơn. Điều này giúp Titan, vệ tinh nhỏ hơn Trái Đất và xa Mặt Trời hơn, vẫn có khí quyển của nó.

Một khí quyển với áp suất và nhiệt độ đủ cao có thể trải qua các cơ chế thoát ly khác nhau - "thoát ly thủy động lực học". Trong trường hợp này khí quyển chảy ra đơn giản như gió ra không gian, do građien áp suất được bắt đầu bởi sự tích tụ năng lượng nhiệt. Trường hợp này có thể mất nhiều phân tử nặng hơn bình thường. Thoát ly thủy động lực học đã được quan sát đối với các hành tinh ngoài hệ Mặt Trời gần với ngôi sao chủ của chúng, bao gồm một số sao Mộc nóng (HD 209458b, HD 189733b) và sao Hải Vương nóng (GJ 436b).