火星大氣層很薄，表面平均氣壓是隻有7.5毫巴（約為地球的0.75%）。成分為95%的二氧化碳，3%的氮氣，1.6%氫氣，很少的氧氣、水汽、一氧化碳、氖、氪和氙等，亦充滿著很多塵埃。地表溫度白天可達28℃，夜晚可低至-132℃，平均-57℃。雖然二氧化碳量是地球之數倍，但因缺乏水汽，所以溫室效應只有10℃，比地球的33℃低。 大氣結構 依據氣溫變化，火星大氣可分為四層：低層大氣、中層大氣、高層大氣（熱氣層）、逸散層。 火星氣候 由於火星的自轉軸有明顯傾斜，亦有明顯的四季變化，不過一季約為地球的兩倍長。另一不同於地球的是，火星的軌道離心率比地球大，就是火星近日點、遠日點的差別較大，當位於近日點時，南半球處夏季，比北半球遠日點夏季所造成的升溫更強，而北半球的冬天亦比南半球的冬天冷。 大氣環流 火星大氣環流主要為單胞環流，由赤道相對熱空氣上升，漂至極區下沉，再沿地面回到赤道。另外，在火星的夏半球，極冠的二氧化碳昇華進入大氣，使氣壓升高；而冬半球由於二氧化碳凝華，氣壓下降，由於進出大氣的二氧化碳量高達25%，造成南北壓力差，空氣便傾向由高壓的夏半球流向低壓的冬半球，形成另一依季節而變向的環流。因此火星的天氣系統趨向成為全球性的，例如塵暴。 塵暴 由於火星氣壓低，當太陽甫照地表時，大氣便能快速增加動能，風速大，加上低重力，塵埃很容易被捲入空中。而就在南半球春夏季時，增溫快，易形成強烈的風，捲起的狂沙再加強增溫，風速更快，終於形成塵暴，從太空可看到一片褐色塵雲旋轉、移動。而這些區域性塵暴有些甚至發展成全球性塵暴，將整個星球籠罩在橘霧之下。水手9號到達火星的時候，火星被全球性塵暴遮住而無法觀測。 塵捲風 地球乾燥沙漠地常發生，在火星也一樣常見。塵捲風（dust devils）宛如迷你形龍捲風，當地表被加熱時，上方空氣變上升、旋轉，挾帶砂石，在地表上游走，在經過的地方因為把上層淺沙帶走，留下深色軌跡。 雲 火星的雲不像地球那麼多又較厚實，由於冷、幹、氣壓低，火星的雲通常不多且薄，有些是水冰構成，有些是乾冰構成，如果參雜沙塵則由白色變成黃色的黃雲，另外一些常見的雲，如：塔爾西斯山區和埃律西姆山區的山雲、哈伯太空望遠鏡中常見的赤道雲、火星邊緣的藍色雲靄等。 甲烷的發現 2003年火星大沖時用地面望遠鏡在其大氣中發現了甲烷。2004年3月，火星ODYSSEY號確認了這一發現。甲烷的存在是很有趣的，因為這是種不穩定的氣體，容易被強烈紫外線分解為自由的碳與氫，因此現在（或者最近幾百年內）在火星上一定存在某個不明來源，火山作用，彗星或小行星撞擊，還有甲烷古菌都有可能。
火星大氣層很薄，表面平均氣壓是隻有7.5毫巴（約為地球的0.75%）。成分為95%的二氧化碳，3%的氮氣，1.6%氫氣，很少的氧氣、水汽、一氧化碳、氖、氪和氙等，亦充滿著很多塵埃。地表溫度白天可達28℃，夜晚可低至-132℃，平均-57℃。雖然二氧化碳量是地球之數倍，但因缺乏水汽，所以溫室效應只有10℃，比地球的33℃低。 大氣結構 依據氣溫變化，火星大氣可分為四層：低層大氣、中層大氣、高層大氣（熱氣層）、逸散層。 火星氣候 由於火星的自轉軸有明顯傾斜，亦有明顯的四季變化，不過一季約為地球的兩倍長。另一不同於地球的是，火星的軌道離心率比地球大，就是火星近日點、遠日點的差別較大，當位於近日點時，南半球處夏季，比北半球遠日點夏季所造成的升溫更強，而北半球的冬天亦比南半球的冬天冷。 大氣環流 火星大氣環流主要為單胞環流，由赤道相對熱空氣上升，漂至極區下沉，再沿地面回到赤道。另外，在火星的夏半球，極冠的二氧化碳昇華進入大氣，使氣壓升高；而冬半球由於二氧化碳凝華，氣壓下降，由於進出大氣的二氧化碳量高達25%，造成南北壓力差，空氣便傾向由高壓的夏半球流向低壓的冬半球，形成另一依季節而變向的環流。因此火星的天氣系統趨向成為全球性的，例如塵暴。 塵暴 由於火星氣壓低，當太陽甫照地表時，大氣便能快速增加動能，風速大，加上低重力，塵埃很容易被捲入空中。而就在南半球春夏季時，增溫快，易形成強烈的風，捲起的狂沙再加強增溫，風速更快，終於形成塵暴，從太空可看到一片褐色塵雲旋轉、移動。而這些區域性塵暴有些甚至發展成全球性塵暴，將整個星球籠罩在橘霧之下。水手9號到達火星的時候，火星被全球性塵暴遮住而無法觀測。 塵捲風 地球乾燥沙漠地常發生，在火星也一樣常見。塵捲風（dust devils）宛如迷你形龍捲風，當地表被加熱時，上方空氣變上升、旋轉，挾帶砂石，在地表上游走，在經過的地方因為把上層淺沙帶走，留下深色軌跡。 雲 火星的雲不像地球那麼多又較厚實，由於冷、幹、氣壓低，火星的雲通常不多且薄，有些是水冰構成，有些是乾冰構成，如果參雜沙塵則由白色變成黃色的黃雲，另外一些常見的雲，如：塔爾西斯山區和埃律西姆山區的山雲、哈伯太空望遠鏡中常見的赤道雲、火星邊緣的藍色雲靄等。 甲烷的發現 2003年火星大沖時用地面望遠鏡在其大氣中發現了甲烷。2004年3月，火星ODYSSEY號確認了這一發現。甲烷的存在是很有趣的，因為這是種不穩定的氣體，容易被強烈紫外線分解為自由的碳與氫，因此現在（或者最近幾百年內）在火星上一定存在某個不明來源，火山作用，彗星或小行星撞擊，還有甲烷古菌都有可能。