Natthimmellys (engelsk: nightglow eller airglow) er en svak utsending av lys fra atmosfæren til en planet som medfører at nattehimmelen aldri blir fullstendig mørk, selv etter at lys fra stjernelys og diffust sollys fra dagsiden er tatt bort.

Natthimmellys er for svakt til å sees med det blotte øye, men her er rødt og grønt natthimmellys fotografert med et kamera med lang eksponeringstid.
En grønn stripe med natthimmellys slik det kan se ut fra ISS.

For jordas del kommer natthimmellys fra en del ulike prosesser i øvre atmosfære, 50 til 300 km over overflaten, blant annet rekombinasjon av atomer som har blitt fotoionisert i løpet av dagen, luminescens fra kosmisk stråling og kjemiluminescens hovedsakelig fra oksygen og nitrogen som reagerer med hydroksylioner.

I motsetning til nordlys gir natthimmellys en jevn og mye svakere belysning.