Málo je známo o atmosféře Pluta, ale pravděpodobně se skládá primárně z dusíku s trochou oxidu uhelnatého a metanu. Je extrémně řídká, tlak na povrchu dosahuje jen několika milibarů. Atmosféra Pluta je možná v plynném stavu jen když je planeta poblíž svého perihélia, pro většinu dlouhých let jsou atmosférické plyny zmrazeny na led. Blízko perihélia zřejmě část atmosféry uniká do vesmíru. Podobně se chová i Charon. Při vzájemných zákrytech se zjistilo, že jeho atmosféra sahá do výšek téměř 1 500 km nad povrch. Po průchodu periheliem dojde k opětovnému vymrznutí atmosféry. Další průchod perihelem nastane až v roce 2 237.