Η ιονόσφαιρα είναι ένα στρώμα της ατμόσφαιρας της Γης που ιονίζεται από τον ηλιακό άνεμο. Ο ηλιακός άνεμος υπάρχει επειδή το στέμμα, το οποίο είναι το πιο εξωτερικό στρώμα της ατμόσφαιρας του ήλιου, είναι εξαιρετικά ζεστό και ευρύ. Επειδή είναι τόσο ευρύ, ένα σταθερό ρεύμα ιόντων υδρογόνου και ηλίου, που ονομάζεται ηλιακός άνεμος ή πλάσμα, είναι σε θέση να εγκαταλείψει τη βαρύτητα του ήλιου. Ο ηλιακός άνεμος ρέει μακριά από τον ήλιο και προς τη Γη, όπου επηρεάζει τη μαγνητόσφαιρα, την ιονόσφαιρα και το μαγνητικό πεδίο της Γης.
Η ιονόσφαιρα περιέχει πλάσμα και αποτελείται από τρία στρώματα. Η χαμηλότερη ονομάζεται D-περιοχή, που φτάνει από 47-59 μίλια (75-95 km) πάνω από την επιφάνεια της Γης και δεν περιέχει πολλά ιόντα. Το επόμενο στρώμα ονομάζεται E-περιοχή, που φτάνει από 59-93 μίλια (95-150 km) και περιέχει ελαφρώς υψηλότερη συγκέντρωση ιόντων. Η περιοχή F περιέχει την υψηλότερη πυκνότητα ιόντων και φτάνει από 93-621 μίλια πάνω από την επιφάνεια.
Αυτό το στρώμα της ατμόσφαιρας είναι σημαντικό για την καθημερινή ζωή, επειδή μας επιτρέπει να στέλνουμε ραδιοκύματα συχνότητας AM πολύ μακρύτερα από ό,τι θα μπορούσαμε χωρίς αυτό. Ωστόσο, μια αρκετά γνωστή παρενέργεια είναι ότι όταν ο ήλιος έχει εκτοξεύσει μια ιδιαίτερα ισχυρή ηλιακή έκλαμψη, το ραδιόφωνο AM μπορεί να παρουσιάσει συσκότιση. Ωστόσο, η ιονόσφαιρα δεν επηρεάζει τα ραδιοκύματα συχνότητας FM επειδή έχουν υψηλότερες συχνότητες. Επομένως, τα ραδιοκύματα συχνότητας FM δεν μπορούν να φτάσουν όσο τα κύματα συχνότητας AM.
Οι επιστήμονες μελετούν την ιονόσφαιρα σε μεγάλο βαθμό παρατηρώντας τα σέλας, τα οποία είναι φυσικά εμφανιζόμενα φωτεινά χρώματα στον ουρανό κοντά στο βόρειο και νότιο πόλο. Τα σέλας εμφανίζονται επειδή, στους πόλους, δεν υπάρχει μαγνητόσφαιρα. Επειδή δεν υπάρχει μαγνητόσφαιρα, τα ιόντα μπορούν να εισέλθουν στην ιονόσφαιρα και να διεγείρουν το πλάσμα που περιέχει, το οποίο στη συνέχεια απελευθερώνει την ενέργεια ως ορατό φως. Η συχνότητα και η ένταση του σέλας επηρεάζεται από την εμφάνιση ηλιακών εκλάμψεων και την ένταση του ηλιακού ανέμου.
Η ιονόσφαιρα ανακαλύφθηκε σταδιακά μέσω μιας σειράς επιστημονικών ανακαλύψεων και παρατηρήσεων που ξεκινούσαν το 1864, όταν ο James Clerk Maxwell παρουσίασε μια θεωρία για το πώς δημιουργούνται τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Το 1901, ο Marconi χρησιμοποίησε αυτή τη θεωρία για να μεταδώσει ραδιοκύματα, μια μορφή ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων, κατά μήκος του Ατλαντικού Ωκεανού. Μπόρεσε να το κάνει αυτό γιατί ήξερε ότι αφού δεν μπορούσε να δει τον σταθμό λήψης, τα ραδιοκύματα έπρεπε να αναπηδούν από μέρος της ατμόσφαιρας, επιτρέποντάς τους να ταξιδέψουν περισσότερο από το αναμενόμενο. Το 1902, οι Oliver Heaviside και Arthur Kennelly έμαθαν τα ευρήματα του Marconi σχετικά με τη ραδιοδιάδοση και κατέληξαν στο συμπέρασμα ότι η ατμόσφαιρα είχε ένα ανακλαστικό στρώμα. Ωστόσο, το στρώμα στην πραγματικότητα ονομάστηκε ιονόσφαιρα μέχρι το 1926, όταν ο φυσικός Robert Watson-Watt έγραψε μια εργασία σχετικά με αυτό.