La mesosfera viene riscaldata principalmente dall'assorbimento della radiazione ultravioletta (UV) proveniente dal Sole. Questa radiazione viene assorbita dalle molecole di ossigeno e azoto nella mesosfera, provocandone la vibrazione e l'aumento della temperatura. Il calore viene poi trasferito ad altre molecole nella mesosfera attraverso collisioni.
Oltre ai raggi UV, la mesosfera viene riscaldata anche dalla dissipazione dell’energia delle meteore. Le meteore sono piccoli pezzi di roccia o metallo che entrano nell'atmosfera terrestre dallo spazio. Mentre viaggiano attraverso l'atmosfera, entrano in collisione con le molecole dell'aria e perdono energia. Questa energia viene trasferita all'aria circostante, che la fa riscaldare.
La combinazione della radiazione UV e del riscaldamento meteorico fa sì che la temperatura della mesosfera aumenti con l'altitudine. La temperatura nella parte inferiore della mesosfera è di circa -90°C (-130°F), mentre la temperatura nella parte superiore è di circa -50°C (-58°F).
