飞机之所以能够停留空中，是因为飞机与其周围的空气有一定的相对速度（真实空速），从而机翼能够产生支持飞机的升力。空气越稀薄，产生足够的升力所需要的空速就越大。 下面给出计算给定点机翼所能够产生的升力的公式：

其中

如公式所示，升力（L）的大小正比于空气密度（ρ）。当海拔升高时，若其他所有因素都保持不变，则真实空速（v）必须增加，以弥补空气密度（ρ）的降低对升力的影响。

在轨的航天器能够停留在轨道上则是凭借所产生的离心力与重力相互平衡。当其速度减慢时，由于重力作用，运行高度将会下降。使航天器在某个轨道上能够稳定运行的速度被称为轨道速度。且轨道速度随轨道高度的变化而变化。例如：国际空间站，或其他运行在低地球轨道的航天器，轨道速度大约是每小时27000公里（每小时17000英里）。

随飞机的飞行高度上升，空气越来越稀薄，空气能够提供的升力与越来越少，为保证飞机能够飞行在空中，所需要的速度也越来越大了。按此趋势，保证飞机能够飞行在空中所需要的速度将在某一高度达到该高度的轨道速度。卡门线则是这个支持飞机以全重气动飞行所需要最低速度等于轨道速度的高度。（假定飞机翼载在典型翼载的范围内）实际上，支持全重飞行所需要的速度并不一定能够维持飞机的飞行高度不变。而这是因为在飞机达到轨道速度时，地球的非典型球体特性增加了飞机的垂直 于地心升力。然而，卡门线的定义则忽略了这种效应，因为轨道速度的定义隐含了在轨道速度下，即使忽略空气密度，在任意给定高度也足以维持高度不变的特性。因此卡门线也是轨道速度提供了足够的气动升力使飞行器能够沿直线飞行而不必遵循地球表面的曲率，做类圆周运动的最高高度。

当海拔高度达到100公里以上时，空气密度大约是地球表面的空气密度1/2,200,000。因卡门线附近的大气密度如此之低，可有下式：

其中

仅管上式的计算结果并非恰好是100公里，卡门仍建议将海拔100公里指定为外太空与地球大气层的界线，因为整十的数更好记。而且，由于式中的参数会因时因地发生一些微小的变化，计算结果也并不恒定。后来，一个国际委员向FAI建议将100公里线作为外太空与地球大气层的界线。这个建议一经采用，它便成为了在各种用途都被广泛接受的界线。然而，仍然没有被国际社会认可的在国际法的层面上为一个国家的领空与外层空间划清界线的定义。

给空间的边界一个严格的定义的另一个障碍是地球大气层的处在不停的变化之中。例如，在海拔1000公里处，大气的密度的最大和最小值的差距有五倍之多。这是因为在海拔1000公里处的大气密度受时间因素，Ap指数和太阳流量影响。

FAI使用卡门线来定义航空、航天之间边界：

“太空的边缘”也是一个常用来指代在传统的海拔100公里的分界线以下的一个区域的术语。当然，使用这个术语时也常常包括了一些显著低于此分界线的区域。在这种语境下，某个气球或某架飞机可能被描述为“达到太空的边缘”。此处,“到达太空的边缘”仅仅是指该航空器的飞行高度高于普通的航空器的飞行高度。

安德鲁·G·哈雷在他的1936年出版的书《空间法律和政府》中讨论了卡门线有关的问题。在“国家主权的极限”一章中，他对主要作家的观点的做了一个调查。他还指出了这条分界线所固有的不精确性：

在美国空军中，宇航员是一个曾经在海拔50海里（80公里）的高度飞行过的人。这个的高度大致位于中间层与热层之间。美国宇航局则使用FAI的100公里定义。而美国政府没有对太空的边界的官方定义。在2005年，三个NASA的前X-15的飞行员（John B. McKay,William H. DanaandJoseph Albert Walker）被追授了宇航员徽章。这是因为在当时（20世纪60年代）他们的飞行高度（90公里和108公里）并非足够被承认为宇航员，在后来，后者的飞行高度超越了国际认为太空的边界。

另一个定义是在国际法的讨论提出的。此定义根据在轨航天器的可实现的最低近地点，而不是一个给定的高度来定义太空的边界。由于大气对飞行器的阻力，一个航天器在无动力的情况下能够以圆轨道完成对地球的完整环绕的最低高度大约是150公里，而以椭圆轨道的话，最低近地点则是130公里。另外，海拔160公里以上的天空则由于大气太过稀薄而不能够衍射足够的光则完全是黑色。