大气层中离子（带电的粒子）比较多的一层。更严格地说，就是地球大气层上层导电性高的区域——从距地面50公里左右的高度向上直到磁层（圈）的外缘。在这一层，存在着大量的自由电子，对于无线电波的传播有很大影响。离子层的存在最初是由德国数学家卡尔·弗里德利希·高斯（1777—1855）根据对地球磁场的变化进行的研究推导出来。当意大利物理学家古戈里耶尔莫·马戈尼（GuglielmoMarconi）成功地把电磁波传送到很远的距离时，人们还不明白为什么电波能绕着地球弯曲传播。哈佛大学的A.E.肯内利（Kennelly）和英国工程师奥利维尔·海威赛德（OliverHeavi-side）在不知道高斯及其以后的一些物理学家所提出的见解的情况下，各自于1902年独立地提出了一个看法，认为存在着一个能把无线电波反射回地球表面的导电层。

　　太阳的紫外辐射是大气层上层离子化的主要根源，但是X射线、宇宙线和其它粒子辐射也导致离子化。整个离子层被认为是中性，也就是带正电的离子数与带负电的电子、离子之和相等。电子密度在白天和晚上的巨大差异以及在太阳活动周期的不同阶段和磁暴期间的变化说明了太阳辐射对于离子层的存在起着巨大的作用。在离子层内，根据离子密度的不同，可以分为几个不同层：D层（距地面50—85公里），E层（85—140公里），F层（140—600公里），从600公里向上到磁层（圈）的外缘为离子化程度最高的一层。白天，D层的电子密度约为每立方厘米100个电子，到距地面二万公里的高度上，增加到每立方厘米约1000个电子。然而，离子层中，带电粒子的数目与不带电的中性粒子的数目相比，仍然是很少的。例如，在300公里的高度上，白天，中性粒子的密度为电子密度的一百万倍。

　　离子层沿地面传播的电波以直线方式传播，传播的距离只能有地平线那么远。

　　受到电离层反射的电波，能传播到地平线以外的地方，使得远距离无线电通讯成为可能。