Litosfera, graikiškai „uolinė sfera“, yra atokiausias Žemės apvalkalas. Šis terminas taip pat vartojamas kalbant apie atokiausią kitų kietų planetų uolų apvalkalą. Tai palyginti plonas sluoksnis, maždaug 31–62 mylių (50–100 km) storio po vandenynais ir 93 mylių (150 km) storio žemynuose. Šį sluoksnį sudaro viršutinė pluta, maždaug 3 mylių (5 km) storio vandenynuose ir 40.3 ml (65 km) storio žemynuose, ir viršutinė mantija, kuri sudaro likusią dalį. Plutą ir viršutinę mantiją skiria Mohorovičić nepertraukiamumas, taškas, kuriame uolos tampa plastiškos, o ne kietos. Po litosfera yra astenosfera, kuri tęsia viršutinę mantiją ir yra maždaug taškas, kuriame mantija tampa skysta.
Šis planetinis apvalkalas susideda iš litosferinių plokščių, kitaip vadinamų tektoninėmis plokštėmis, kurios lėtai dreifuoja milijonus metų. Jų dreifo greitis yra panašus į greitį, kuriuo auga žmogaus rankų nagai. Tačiau per ilgą laiką jie gali sukurti galingas struktūras, tokias kaip Himalajų kalnai Tibete. Everestas ir kiti kalnai susiformavo, kai tektoninė plokštė po Indija veržėsi aukštyn į Aziją.
Taikydami kruopščius matavimo metodus ir tyrinėdami sluoksnius, paleontologai nustatė, kad tektoninės plokštės dreifavo visame planetos paviršiuje mažiausiai prieš 600 milijonų metų, kai atsirado įvairios fosilijos. Per tą laiką žemynai atsiskyrė, o vėliau susijungė į milžinišką žemyną Pangaea, o po kelių šimtų milijonų metų išsiskirstė ir sukūrė žemynus, kuriuos žmonės žino šiandien.
Litosferos aktyvumas gali turėti didelį poveikį virš jo esančiam paviršiui. Kai Australija pagaliau atsiskyrė nuo Antarktidos prieš 50 milijonų metų, ji leido aplink Antarktidą tekėti naujai vandenyno srovei – cirkumpolinei srovei – ir sustiprinti jos pačios vėsinimą. Tai užšaldė žemyną, kuris anksčiau buvo apaugęs miškais, ir žuvo visi, išskyrus sunkiausią gyvybę. Tai taip pat keliais laipsniais sumažino vidutinę pasaulinę temperatūrą.
Nors naudojant dabartines technologijas žmonės negali labai giliai įsigilinti į Žemės plutą, geomokslininkai gali ištirti giluminės litosferos savybes tirdami specialias uolienas, arba ksenolitus, iškeltas per gilius vulkaninius vamzdžius.