الطبقة الجوية العليا طبقة من طبقات الغلاف الجوي للأرض، وتقع فوق التروبوسفير (الطبقة السفلى من الغلاف الجوي الأقرب إلى الأرض). ترتفع الطبقة الجوية العليا بحوالي 10كم فوق سطح الأرض في المنطقة القطبية، وبحوالي 16كم قرب خط الاستواء. ويقع الحد الأعلى، المسمى الفاصل الطبقي، على ارتفاع يبلغ حوالي 48كم.

وللطبقة الجوية العليا طبقة سفلى بدرجة حرارة ثابتة تقريبًا، وطبقة فوقها، تزداد درجة حرارتها مع الارتفاع. درجة حرارة الطبقة السفلى حوالي-55°م. وبالقرب من أعلاها تصل درجة حرارة الطبقة الجوية العليا إلى حد أقصى يُقدر بحوالي -2°م. وتُعزى الزيادة في درجة الحرارة، مع زيادة الارتفاع بصفة رئيسية، إلى امتصاص طبقة الأوزون (وهو من أنواع الأكسجين) لضوء الشمس، في الجزء الأعلى من الطبقة الجوية العليا. وتقي طبقة الأوزون الإنسان أيضًا من الأشعة فوق البنفسجية الصادرة من الشمس. فحوالي 80 إلى 90% من جملة الأوزون في الجو يوجد في الطبقة الجوية العليا.
وبالرغم من تعقيد أنظمة هبوب الرياح في الطبقة الجوية العليا فلا تحدث فيها عواصف عاتية. والطبقة الجوية العليا تكاد تكون خالية من السحب. وهي جافة جدًا، ما عدا المناطق القطبية منها التي تتكون السحب الثلجية فيها أثناء الشتاء.