الغلاف الحراري طبقة عليا من الغلاف الجوي ترتفع فيها درجة الحرارة بسبب امتصاص الأشعة الشمسية عالية الطاقة. تقع فوق الغلاف الأوسط وتمتد إلى مناطق قريبة من الفضاء، وفيها تدور بعض المركبات والسواتل المنخفضة. رغم ارتفاع درجة الحرارة المفهوم فيزيائياً، فإن كثافة الهواء فيها شديدة الانخفاض، فلا يشعر الجسم بحرارة كما في الطبقات السفلى. تمثل هذه الطبقة مجالاً مهماً لدراسة الشفق القطبي والاتصالات الفضائية وتأثير النشاط الشمسي في الغلاف الجوي.