지구 대기층의 한 영역. 이온층·케넬리헤비사이드층이라고도 한다. 지표에서 약 50 km 이상인 고도의 대기는 전자 또는 양(陽)이온이 많이 존재하며 전체적으로는 중성인데 일종의 이온화 플라스마를 형성하고 있다. 이 부분을 전리권(電離圈)이라고 한다. 이 전리권을 전자밀도의 수직분포의 모양에 따라서 세 영역으로 크게 나눌 수 있다.

⑴ D 영역:90 km 이하의 부분으로, 이 영역에서는 밤에 이온화가 거의 없어진다. 이 영역 내에 D층이라 부르는 전리층이 존재한다. D층은 매초 100 kHz 이하의 장파를 제외하면 전파의 반사층이라 하기보다는 흡수층으로서 작용한다.

⑵ E 영역:90∼160 km 고도에서 대기 분자가 주로 이온화한 상태에 있는 영역을 E층이라고 한다. 이 층에서는 정상적으로 존재하는 것 외에 갑자기 나타났다가 없어지는 Es층이 가끔 나타난다.

⑶ F 영역:160 km 고도 이상을 말한다. 대부분 대기원자가 이온화된 상태로 있는 영역이다. 이 영역 내에서는 F층(야간)과 F1, F2층(주간)이 형성된다. F 영역은 단파통신의 반사층으로서 아주 중요한 부분을 이루고 있다.

【관측】 지표의 관측점에서 여러 가지 주파수로 변경시키면서 전파를 발신한 후에 반사되어 오는 전파를 수신하여 그 고도를 측정함으로써 관측할 수 있다. 임계주파수와 전리층의 전자밀도 사이에는 간단한 관계식이 성립되므로 이 관계를 사용하여 전자밀도를 구할 수 있다. 이상은 지표에서 전파의 발신을 통하여 전리층을 측정하였으나 최근에는 로켓 또는 인공위성에 의한 고층관측이 발달하였으므로 직접적인 전리층 관측이 이루어지고 있다.

【성인】 전리층은 태양에서 오는 자외선과 X선의 작용에 의하여 형성된다. 즉, F 영역은 주로 산소원자와 질소원자가 자외선에 의하여 이온화되어 형성된 것이다. E 영역의 형성에는 산소분자가 중요한 역할을 한다. 여기에서는 자외선 외에 태양에서 오는 연(軟)X선에 의한 이온화작용이 중요한 역할을 한다고 생각되고 있다. D층은 산화질소의 이온화가 중요한 역할을 한다고 생각되는데, 이것을 일으키게 하는 태양으로부터의 복사는 라이만 뙳箚?하는 부분이다.

【시간적 변화】 전리층의 각 영역의 최대 밀도·높이 등의 여러 요소는 일변화·계절변화 및 태양활동에 관계되어 변한다. 예를 들면, F2층은 여름에 비하여 겨울에 변동폭이 크고, 태양활동이 활발하여 태양흑점(太陽黑點)이 많을 때는 전자밀도도 커진다. 일식(日蝕)이 일어날 때 전리층을 관측하면 달이 태양광선을 가릴 때 각 층의 전자밀도가 크게 감소한다.

【발견】 지구자기(地球磁氣)의 일변화의 연구로부터 지구 바깥쪽에 전기가 흐르기 쉬운 층이 있다는 사실은 이미 1878년쯤부터 알려졌다.

1901년 G.마르코니는 대서양을 횡단하는 원거리통신에 성공했는데, 그 다음해에 A.E.케넬리와 O.헤비사이드는 이 현상을 설명하기 위하여 대기상공에서 전파를 반사하는 층이 있다는 가설(假說)을 세웠다. 이와 같은 층의 존재는 그 후 G.브라이트와 M.A.투브에 의하여 확인되었는데, 25년에 E.A.애플턴은 발사한 전파와 직접파와의 간섭을 관측하여 전리층의 존재를 확인하였다. 이들의 측정에 의하여 확인된 것은 현재 E층이라고 하는 부분이었으며, 27년에는 F층이 발견되었다.

31년에는 S.채프먼에 의하여 전리층이 태양으로부터 자외선복사에 의하여 형성된 것임이 밝혀졌다. 제2차 세계대전 후에는 로켓과 인공위성을 사용하여 전리층의 상태를 직접 관측하고, 전파별의 섬광관측에 의하여 전리층 내의 운동도 직접 조사할 수 있게 되었다.