外逸层内大气稀薄，分布非均匀，不同高度上大气的主要成分不同。在太阳紫外辐射和宇宙射线的作用下，外逸层中大部分气体分子发生电离，使质子（H⁺）和氦核（He²⁺)的含量大大超过中性粒子的含量。在1000千米以下是氦层，在这层以上存在更稀薄的一层氢，称为质子层。按大气的电离状况，600～1000千米以上的大气层也称为磁层。这个高度上的带电粒子和中性粒子之间很少有碰撞的机会，带电粒子的运动受到地心引力和地球磁场的控制，沿着地球的磁力线做回旋运动。

由于大气十分稀薄，中性粒子之间很少互相碰撞，平均自由程达到10⁴米甚至更大。强烈的太阳辐射加热，使这一层大气的温度很高，粒子处于高速运动中，而地球引力场的束缚又大大减弱，中性粒子基本上按抛物线轨迹运动，某些速率超过逃逸速率的粒子（主要是中性氢原子）能够克服地球引力逃逸到行星际空间，因此被称为外逸层或逃逸层。

外逸层的起始高度称为外逸层底（exobase）。在行星大气的研究中，外逸层底是指：一群从这个高度快速向上运动的粒子中，将有e^-1部分（约37%）的粒子不经过碰撞就能到达大气外界，一般起始于500千米左右的高空。在此高度以下的大气有时也称为气压层（barosphere），即指这层大气中流体静力学规律尚能成立。外逸层底也就是气压层顶（baropause）。外逸层一直延伸到2000～3000千米。探测资料表明，地球大气层之外，还有一层极其稀薄的电离气体，称为地冕，其高度可延伸到22000千米的高空。地冕是地球大气向行星际空间逐渐过渡的区域。