Mocnost atmosféry nepřesahuje 100 km. A i zde můžeme pozorovat "oblačnost". Na Marsu můžeme pozorovat 3 druhy oblaků:
o bílé - podobné našim cirům, tvoří větší soustavy oblaků. Vyskytují se nad vrcholky pohoří. Pohybují se hlavně v oblasti rovníků a oblasti pólů. Tvoří i ranní mlhy.
o šedé - jsou ve výšce 15 - 20 km (i 100 km). Jsou tvořeny krystalky ledu CO2. Častěji se vyskytují na severní polokouli, kde je i vyšší procento vodních par.
o žluté - tvoří je písek. Vítr je schopen vynést prachové částice z povrchu až do výšek kolem 10 km.
Z lokálních oblačností se často vyvine útvar planetárních rozměrů. Tak vznikají prachové globální bouře. Ty vznikají nejčastěji nad pouští oblastí Hellas. Na Marsu je poměrně stálá cirkulace ovzduší. Max. rychlost větrů dosahuje až 110 m.s-1. Atmosféra je rozčleněna na několik vrstev. Ve výšce 40 - 50 km je teplota kolem 350 K. Nad 130 km začíná ionosféra s teplotou až 450 K. Nejvyšší vrstvy přecházejí do vodíkové korony, která sahá až do vzdálenosti 25 000 km. Kdysi ve své historii byl Mars mnohem podobnější Zemi. Stejně jako na Zemi byl skoro všechen oxid uhličitý spotřebován na tvorbu uhlíkatých hornin, jenže bez tektonické aktivity jej Mars nemohl vrátit zpět do atmosféry a vytvořit tak skleníkový efekt. Díky tomu je Mars také mnohem chladnější, než by ve stejné vzdálenosti od Slunce byla Země. Mars má tedy velmi tenkou vrstvu atmosféry složené většinou z malého množství zbývajícího oxidu uhličitého (95,3%), dusíku (2,7%), argonu (1,6%) a stopového množství kyslíku (0,15%) a vodních par (0,03%).Průměrný atmosférický tlak na povrchu je okolo 7 milibarů (méně než jedna setina tlaku pozemského), ale tlak kolísá podle výšky - od 9 milibarů v nejhlubších kráterech až po 1 milibar na vrcholku Olympus Mons. To je příliš málo na vznik silných větrů a prachových bouří, které vládnou na všech jiných planetách po celé měsíce. Tenký atmosférický obal Marsu sice vytváří skleníkový efekt, ale ten postačuje jen na to, že zvýší povrchovou teplotu o 5 stupňů, tedy mnohem méně, než vidíme na Venuši nebo na Zemi. Země vděčí za svou teplotu skleníkovému efektu a své poloze blíže Slunci, než má Mars.
(Oxid uhličitý spolu s dalšími plyny v atmosféře pohlcuje některé vlnové délky záření(zvláště tepelné) a znemožňuje jim únik zpět do vesmírného prostoru. Sopečná činnost uvolňuje CO2 , zatímco biologická činnost a větrání hornin spotřebovávají nadbytečný CO2 a udržují celý systém v rovnováze. -řeč je zrovna o Zemi) Na Marsu je atmosféra tak řídká, že sluneční záření je odráženo zpět do vesmíru prakticky bez zábran. Není tam ani sopečná činnost, která by zvyšovala množství CO2 v atmosféře. Teploty na rovníku na Marsu tak dosahují 22 oC během dne, ale klesají na -70 oC v noci. Na pólech lze dokonce čekat hodnoty okolo -130 oC.