Ακριβώς όπως το φυσικό σώμα της γης αποτελείται από πολλά στρώματα, η ατμόσφαιρα της γης αποτελείται επίσης από στρώματα. Ένα από αυτά ονομάζεται μεσόσφαιρα. Η κυριολεκτική μετάφραση είναι «μεσαία σφαίρα», καθώς βρίσκεται ανάμεσα στα κύρια ανώτερα και κάτω στρώματα της ατμόσφαιρας. Το πρώτο στρώμα είναι η τροπόσφαιρα, το δεύτερο είναι η στρατόσφαιρα, η μεσόσφαιρα είναι η τρίτη, μετά από πάνω είναι η θερμόσφαιρα και η εξώσφαιρα. Η μεσόσφαιρα ξεκινά περίπου 30 μίλια (48.2 km) πάνω από την επιφάνεια της γης και εκτείνεται σε περίπου 50 μίλια (80.4 km).
Αυτό το στρώμα είναι όπου καίγονται οι περισσότεροι μετεωρίτες. Αν και πολλοί πιστεύουν ότι οι λωρίδες φωτός που προκαλούνται από μετεωρίτες είναι αστέρια που πέφτουν, στην πραγματικότητα είναι μικρά κομμάτια βράχου ή μετάλλου που χτυπούν την ατμόσφαιρα της γης με εξαιρετικά υψηλές ταχύτητες. Η πίεση που δημιουργείται από αυτό θρυμματίζει τους μετεωρίτες και προκαλεί μεταφορά ενέργειας από τον μετεωρίτη στα άτομα και τα μόρια της ατμόσφαιρας. Αυτή η ενέργεια στη συνέχεια απελευθερώνεται ως η «λάμψη» που λανθασμένα θεωρείται ότι πέφτουν αστέρια.
Η κορυφή της μεσόσφαιρας είναι το πιο κρύο μέρος στην ατμόσφαιρα, με θερμοκρασίες να πέφτουν έως και -225°F (περίπου -143°C). Οι χαμηλές θερμοκρασίες προκαλούν το σχηματισμό πάγου στο βράχο και σωματίδια μετάλλων στην ατμόσφαιρα, τα οποία μπορούν στη συνέχεια να σχηματίσουν τα γνωστά ως νυχτερινά νέφη. Αυτά τα σύννεφα κάθονται ψηλότερα από οποιαδήποτε άλλα σύννεφα στην ατμόσφαιρα και είναι ορατά μόνο όταν ο ήλιος πέφτει κάτω από τον ορίζοντα και στη συνέχεια μόνο κοντά στα πολικά γεωγραφικά πλάτη, κατά τους καλοκαιρινούς μήνες όταν η μεσόσφαιρα φτάνει τις πιο χαμηλές θερμοκρασίες της.
Τα νυχτερινά σύννεφα έχουν μια μοναδική, κυματοειδή εμφάνιση και φωτίζονται στον βραδινό ουρανό από τον ήλιο που βρίσκεται κάτω. Έχουν παρατηρηθεί μόνο από τα τέλη του 19ου αιώνα, αλλά οι θεάσεις αυξάνονται σε συχνότητα και πιστεύεται ότι αυξάνονται και σε φωτεινότητα. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι μπορεί να υποδηλώνουν αλλαγές στην ατμόσφαιρα της γης, κυρίως αλλαγή του κλίματος.