En la mesosfera la temperatura disminuye a medida que se aumenta la altura, hasta llegar a unos -80 ºC e incluso -90 °C, es la zona más fría de la atmósfera.

La baja densidad del aire en la mesosfera determina la formación de turbulencias. En esta región las naves espaciales que vuelven a la Tierra empiezan a notar los vientos y el rozamiento con la atmósfera.

En esta capa se observan las estrellas fugaces que son meteoroides que se han desintegrado en la termosfera.