ИОНСФЕРА (грекше «ион – жүретін» + «сфера – шар») – атмосфераның жоғарғы иондалған аймағы жер бетінен 50 км – дей биіктіктен басталып магнитсфераның сыртқы шекарасына дейін таралған. Магнитсфера ионсфераның сыртқы шекарасы болып есептеледі. Ионсфера – магнит өрісіндегі сиретілген, әлсіз ионданған плазманың табиғи түзілісі. Атмосфераның ~ 50 км – ден бірнеше мың км – ге дейін созылып жатқан жоғары энергиялы электрондар шоғырланған және радиотолқындардың рефракцияға ұшырайтын аймағы ионсфера болып табылады. Ионсфераның негізгі қасиеттерінің өзгерістеріне орай, ол бірнеше қабатқа жіктелген. Бұл қабаттар күндізігі уақыттарда күн сәулесі спектрінің әрқилы учаскелерін иондайды.
1902 жылы ағылшын физигі Оливер Хевисайд (1850 – 1925) атмосфераның электрмагниттік толқындарды шағылыстыратын иондалнған қабат екендігін алдын ала болжаған. 1924 жылы ағылшын физигі Эдвард Эпплтон (1892 – 1965) ионсфераны ашқан. 1926 жылы ионсфераның жоғарғы шағылыстырғыш Е қабаттын ашқан (бұл қабат Эпплтон қабаты
деп аталған). Радиотолқындардың Ионсфераның тік бағыттағы құрылысының атмосферада шағылысу құбылысын сұлбасы тәжірибе жүзінде зерттеген.
Ионсферадағы ауаның иондануының жоғары болуына газ молекулалары атомдарының Күннің ультракүлгін және рентгендік радиациясы мен ғарыштық сәулелердің әсерінен ыдырауы себеп болған. Бұл қабаттардың орналасуы мен иондану дәрежесі тәулік ішінде, жыл мезгілі мен Күн активтілігіне орай өзгерісте болады. Ионсфераның ең көп иондалған қабаты жоғарғы F қабаты деп аталады. Түнде бұл қабат 300 – 400 км биіктікке дейін көтеріледі, ол күндіз (көбіне жазда) F1 және F2 қабаттарына (иондану максимумдары 160 – 200 км және 220 – 320 км биіктікке орналасқан) жіктеледі. Ал 90 – 150 км биіктікке D деп аталатын қабат орналасқан.
Жер атмосферасын иондаушы көздер Күннің ультракүлгін сәулесі, Күн тәжінің рентгендік сәулесі (толқын ұзындығы 0,8 – 30 нм), Күннің корпускулалық ағындары және ғарыштық сәулелер болып табылады. Ионсфера қабатында салыстырмалы иондану максимумдары бойынша ионсфералық қабаттар деп аталған бірнеше аймақ бар (сызбаға қараңыз). Ең төменгі қабат D жерден 50–90 км биіктікке орналасқан, бұл қабат тек күндізгі уақытта ғана болады, осы қабат қысқа және орташа радиотолқындарды жұтатын негізгі қабат болып табылады. Е қабаты (90– 150 км) орташа радиотолқындарды (және түнгі уақытта ұзын радиотолқындарды) кейде қысқа радиотолқындарды шағылыстырады. F қабаты күндіз (жаз айларында) екі қабаттан құралады: F1 (160 – 200 км) қабаты қасиеттері бойынша Е қабатына ұқсас, F2 (220–320 км) – қалған уақытта байқалады. Қысқа радиотолқындарды шағылыстырады. Осы қабаттың шалғайлық радиобайланыс үшін маңызы бар. Мұның қасиеттері тәулік бойынша және жыл мезгілдеріне байланысты өзгерістерге ұшырайды. Ионсфера күйінің өзгерісі Жер магнетизміне әсер етеді, магниттік дауылдың тууына әсері болады, Ионсфера қабатында поляр шұғыласы пайда болады.
Ионосферада иондалу және рекомбинация үрдістері үздіксіз жүріп жатады. Ионсфераның әр қабатында бұл үрдістердің көздері әрқилы болады. Күндіз ионсфера негізінен Күннен шығатын қысқа толқынды (толқын ұзындығы 1038 Å шамасында) сәуле арқылы ионданады. Сондай-ақ корпускулалық ағындар, Галактикадан және Күннен таралатын ғарыштық сәулелер ионсфераны иондаушы көздер болып табылады. Ионсферадағы иондаушы негізгі көз – Күннің қысқа толқынды сәулесі.
Иондаушы сәулелердің әсерінен ионсферада күрделі физикалық және химиялық үрдістер өтеді. Оларды иондалу, иондық-молекулалық реакция және рекомбинация деп аталатын үш топқа бөлуге болады. Ионсфераның әр түрлі қабатында бұл үрдістер өздігінше өтетіндіктен, олар атмосфераны түрліше иондайды.