thumb|250px|Esquema de la propagación por onda corta mediante rebotes sucesivos ionosfera-tierra, que permite sobrepasar el horizonte electromagnético. La ionósfera o ionosferaDiccionario Panhispánico de Dudas es la parte de la atmósfera terrestre ionizada permanentemente debido a la fotoionización que provoca la radiación solar. Se sitúa entre la mesosfera y la exosfera, y en promedio se extiende aproximadamente entre los 80km y los 400km de altitud, aunque los límites inferior y superior varían según autores y se quedan en 80-90km respectivamente. Por otra parte, algunos consideran que la alta ionosfera constituye el límite inferior de la magnetosfera, solapándose ligeramente ambas capas (entre los 500km y 600-800km). La ionosfera pertenece a la termosfera, por las elevadas temperaturas que se alcanzan en ella debido a que los gases están en general ionizados. Si el sol está activo, las temperaturas en la termosfera pueden llegar a 1500 °C; sin embargo, estas elevadas temperaturas no se corresponden con la sensación de calor que tendríamos en la troposfera porque en la termosfera la densidad es muchísimo más baja. Los gases aparecen ionizados porque esta capa absorbe las radiaciones solares de menor longitud de onda (rayos gamma y rayos X) que son altamente energéticos.
Entre las propiedades de la ionosfera, encontramos que esta capa contribuye esencialmente en la reflexión de las ondas de radio emitidas desde la superficie terrestre, lo que posibilita que estas puedan viajar grandes distancias sobre la Tierra gracias a las partículas de iones (cargadas de electricidad) presentes en esta capa. Además, en esta capa se desintegran la mayoría de meteoroides, a una altura entre 80 y 110km, debido al rozamiento con el aire y dan lugar a meteoros o estrellas fugaces.
Pero las estrellas fugaces no son el único fenómeno luminoso que ocurre en esta capa. En las regiones polares las partículas cargadas portadas por el viento solar son atrapadas por el campo magnético terrestre incidiendo sobre la parte superior de la ionosfera y dando lugar a la formación de auroras.
Historia del descubrimiento Ya en 1839, el matemático y físico alemán Carl Friedrich Gauss postuló que una región de la atmósfera conductora de electricidad podría explicar las variaciones observadas en el campo magnético terrestre. Gauss especuló que las fuerzas magnéticas podrían ser generadas no sólo por corrientes eléctricas que fluyen a través del interior de la Tierra, sino también por algún tipo de corriente(s) eléctrica(s) que fluye(n) a través de la atmósfera. De la p. 50: "§ 36. Ein anderer Theil unserer Theorie, über welchen ein Zweifel Statt finden kann, ist die Voraussetzung, ... zu untersuchen, wie die aus denselben hervorgehende magnetische Wirkung auf der Erdoberfläche sich gestalten würde." (Otra parte de nuestra teoría sobre la que pueden surgir dudas es la suposición de que los agentes de la fuerza magnética terrestre tienen su fuente exclusivamente en el interior de la Tierra. Si las causas inmediatas [del magnetismo terrestre] deben buscarse total o parcialmente fuera [del interior de la Tierra], entonces podemos -en la medida en que excluyamos fantasías infundadas y queramos limitarnos a los [hechos] científicamente conocidos- considerar únicamente las corrientes galvánicas. El aire atmosférico no es conductor de tales corrientes; el espacio vacío tampoco lo es: así pues, nuestros conocimientos nos fallan cuando buscamos un soporte para las corrientes galvánicas en las regiones superiores [de la atmósfera]. Sólo el enigmático fenómeno de las auroras boreales -en el que, según todas las apariencias, la electricidad en movimiento desempeña un papel importante- nos prohíbe negar sin más la posibilidad de tales corrientes sólo por esa ignorancia, y en cualquier caso sigue siendo interesante investigar cómo se manifestaría en la superficie de la Tierra el efecto magnético resultante de [esas corrientes]). Traducción al inglés: Véase p. 229. Traducción inglesa: Sesenta años después, Guglielmo Marconi recibió la primera señal de radio transatlántica el 12 de diciembre de 1901, en San Juan de Terranova (actualmente en Canadá) utilizando una antena apoyada en un cometa para la recepción. La estación transmisora de Poldhu, Cornualles, utilizaba un transmisor de chispa para producir una señal con una frecuencia de aproximadamente 500 kHz y una potencia 100veces superior a cualquier señal de radio producida anteriormente. El mensaje recibido eran tres dits, el código Morse para la letra S. Para llegar a Terranova, la señal tendría que rebotar dos veces en la ionosfera. Sin embargo, el Dr. Jack Belrose ha rebatido esta afirmación basándose en trabajos teóricos y experimentales.John S. Belrose, "Fessenden and Marconi: Their Differing Technologies and Transatlantic Experiments During the First Decade of this Century ". International Conference on 100 Years of Radio, 5-7 de septiembre de 1995. Sin embargo, Marconi logró las comunicaciones inalámbricas transatlánticas en Glace Bay, un año más tarde.
En 1902, Oliver Heaviside propuso la existencia de la capa Kennelly-Heaviside de la ionosfera que lleva su nombre.} Hablando de telegrafía sin hilos, Heaviside especuló sobre la propagación de las ondas hertzianas (de radio) a través de la atmósfera. De la p. 215: "Es posible que haya una capa suficientemente conductora en el aire superior. Si es así, las ondas, por así decirlo, la atraparán más o menos. Entonces la guía será el mar por un lado y la capa superior por el otro" La propuesta de Heaviside incluía los medios por los que las señales de radio se transmiten alrededor de la curvatura de la Tierra. También en 1902, Arthur Edwin Kennelly descubrió algunas de las propiedades radioeléctricas de la ionosfera.
En 1912, el Congreso de Estados Unidos impuso la Ley de Radio de 1912 a los radioaficionados, limitando sus operaciones a frecuencias superiores a 1,5 MHz (longitud de onda de 200m o menor). El gobierno consideraba que esas frecuencias eran inútiles. Esto condujo al descubrimiento de la propagación de la radio de alta frecuencia a través de la ionosfera en 1923.worldradiohistory.com: Escucha de emisiones en los días pioneros de la radio en ondas cortas, 1923 1945 Jerome S. Berg Cita: "...Además de tener que obtener licencias -una limitación a la que sólo se adaptaron lentamente- los radioaficionados estaban, con algunas excepciones, restringidos al rango por debajo de los 200 metros (es decir, por encima de 1500 kc.), bandas que estaban en gran parte inexploradas y se pensaba que eran de poco valor. La marina atribuyó la mayoría de las interferencias a los aficionados y se alegró de véase en vías de una esperada extinción. Desde el punto de vista de los radioaficionados, su desarrollo del espectro de onda corta empezó menos como una aventura amorosa que como un matrimonio escopeta. Sin embargo, todo eso cambiaría... Pasaron varios años antes de que los experimentadores se aventuraran por encima de los 2-3 mc. y empezaran a comprender cosas como la propagación y la direccionalidad de las ondas cortas. Las ondas cortas, como se las llamaba, estaban rodeadas de misterio...También en 1928 el editor de Radio News Hugo Gernsback comenzó a emitir en onda corta en 9700 kc. desde su estación, WRNY, Nueva York, utilizando la llamada W2XAL. "Un lector de Nueva Gales del Sur, Aus- tralia", informó Gernsback, "nos escribe que mientras escribía su carta estaba escuchando el transmisor de onda corta de WRNY, 2XAL, en un aparato de tres tubos; y tuvo que bajar el volumen, pues de lo contrario despertaría a su familia. Todo esto a una distancia de unos 16.000 kilómetros. Sin embargo, 2XAL ...utiliza menos de 500 vatios; una cantidad de energía bastante insignificante. "6...Los años 30 fueron la edad de oro de la radiodifusión por onda corta...La onda corta también facilitó la comunicación con personas en zonas remotas. La radioafición se convirtió en un ingrediente básico de todas las expediciones...El término onda corta se tomaba generalmente para referirse a cualquier cosa por encima de 1,5 mc., sin límite superior...", backup
En 1926, el físico escocés Robert Watson-Watt introdujo el término ionosfera en una carta publicada recién en 1969 en Nature:La carta, fechada el 8 de noviembre de 1926, estaba dirigida al Secretario de la Radio Research Board. La carta fue citada en: }. Véase también: . Véase p. 554.
A principios de la década de 1930, las transmisiones de prueba de Radio Luxemburgo proporcionaron inadvertidamente pruebas de la primera modificación por radio de la ionosfera; HAARP llevó a cabo una serie de experimentos en 2017 utilizando el epónimo Efecto Luxemburgo.
Edward Victor Appleton fue galardonado con un Premio Nobel en 1947 por su confirmación en 1927 de la existencia de la ionosfera. Lloyd Berkner midió por primera vez la altura y la densidad de la ionosfera. Esto permitió la primera teoría completa de la propagación de la radio de onda corta. Maurice V. Wilkes y J. A. Ratcliffe investigaron el tema de la propagación de ondas de radio muy largas en la ionosfera. Vitaly Ginzburg desarrolló una teoría de la propagación de ondas electromagnéticas en plasmas como la ionosfera.
En 1962 se lanzó el satélite canadiense Alouette 1 para estudiar la ionosfera. Tras su éxito se lanzaron Alouette 2 en 1965 y los dos satélites ISIS en 1969 y 1971, además de AEROS-A y -B en 1972 y 1975, todos ellos para medir la ionosfera.
El 26 de julio de 1963 se lanzó el primer satélite geosíncrono operativo Syncom 2. Las radiobalizas a bordo de este satélite (y de sus sucesores) permitieron -por primera vez- medir la variación del contenido total de electrones (TEC) a lo largo de un haz de radio desde la órbita geoestacionaria hasta un receptor terrestre. (La rotación del plano de polarización mide directamente el TEC a lo largo del trayecto). La geofísica australiana Elizabeth Essex-Cohen a partir de 1969 estuvo utilizando esta técnica para monitorizar la atmósfera sobre Australia y la Antártida.
Definición como capa thumb|250px|Comparación entre el perfil de temperatura y la concentración de electrones en función de la altura. Existe una diferencia entre los criterios seguidos para designar una capa como termosfera o ionosfera, por lo que se trata de dos entidades físicas a priori diferentes. Mientras que la designación de termosfera se basa simplemente en el perfil de temperaturas vertical, el criterio para designar la ionosfera hace referencia a la presencia destacable de iones y eso tiene relación con la energía solar que utilizan los escasos átomos de gases del aire para ionizarse: la ionización es el proceso que provoca que gran parte del aire se caliente. Sin embargo, los límites obtenidos con ambos criterios son muy difusos y además coinciden entre sí. De hecho, según algunos autores la ionosfera estaría contenida en la termosfera,Windows to the Universe: termosfera mientras que según otros, sería al contrario y la termosfera se contendría en la ionosfera, y, sin embargo, los intervalos de ambas capas son aproximadamente coincidentes en todos los casos.