Atmosfera na Marsie jest bardzo rozrzedzona. Ciśnienie atmosferyczne waha się średnio w granicach 0.75% ciśnienia ziemskiego. Jej skład to głównie dwutlenek węgla, azot i argon. Pierwiastkien śladowym jest również tlen. Hipoteza głosi, że głównym czynnikiem odpowiedzialnym za erozję jest wiatr słoneczny. 

Dzięki obserwacjom teleskopowym odkryto w marsjańskiej atmosferze śladowe ilości metanu. Zostało to potwierdzone w marcu 2004 przez misję Mars Express Orbiter. Gaz ten występuje miejscowo, co sugeruje szybki jego rozkład. Są plany zbadania obecności innych gazów towarzyszących metanowi. Pozwoliło by to na określenie źródła.

Innym zjawiskiem w atmosferze Marsa jest para wodna przemieszczająca się między biegunami, powodująca powstawanie szronu i rozległych chmur pierzastych złożonych z kryształków lodu.