火星上有一層非常稀薄的大氣，其中二氧化碳占95.3%，氮氣占2.7%，氩氣占1.6%，氧氣占0.15%，水蒸氣占0.03 010。平均大氣壓不到地球平均值的1%，為7毫巴（氣壓單位）。但是氣壓範圍很大，從最深的盆地的9毫巴到奧林匹斯山頂的l毫巴。
火星上的大氣雖然稀薄，但是也足夠厚到能産生非常強烈的風和大面積的沙塵暴。其産生的溫室效應可以讓火星表面溫度升高5℃，相比地球這就微不足道了。
由歐洲天文物理學家組成的科研小組曾經對歐洲“火星快車”探測器所搜集的各種資料進行研究，研究後認為，在火星的地表之下，存在着由水和二氧化碳組成的空氣層，該項研究成果曾經被刊登在美國的《科學》雜志上。該科研小組研究認為，火星上原本存在的大氣層的一小部分大約于35億年前在太陽風暴的影響下，轉入到火星地表之下。該研究小組中的兩位成員表示，在太陽風暴的作用下，火星上大約有0 2毫巴到4毫巴的二氧化碳和部分水蒸氣在太空中消失。
雖然科學家們對火星的大氣構成已經了解甚多，但他們企圖借助對大氣構成的了解去探索更多火星情況的願望卻還沒有實現。
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