F層是指位於E層之上至電離層頂，高度一般為140千米至數千千米的電離層區域。
白天F層分為F1層和F2層，夜間F1層消失。①F1層位於F2層之下，高度約為140～200千米。
電子密度為104～105厘米-3。F1層與F2層通常沒有明顯的界線，有的把F1層看作F2層底部的一個“緣”。F1層離子的主要成分為NO+和。②F2層的電子密度可達106厘米-3 ，電子密度峰值高度約為300千米。在峰值以上電子密度隨高度增加而逐漸減少。在1000千米處，電子密度約為104～105厘米-3；在2000～3000千米，電子密度約為102～103厘米-3。在F2層主要離子成分為
原子離子，以O+為主，N+次之。