Mesosfæren, (af meso- og gr. sphaira 'kugle'), den del af Jordens atmosfære, der ligger over stratosfæren og under termosfæren. Mesosfæren strækker sig fra en højde på ca. 50 km til ca. 80 km over jordoverfladen. Temperaturen aftager op gennem mesosfæren efter at have været voksende i stratosfæren; den når et minimum på ca. −75 °C ved overgangen til termosfæren (mesopausen). Se atmosfæren.