除地球外，太陽系中其他的行星，都有獨特的大氣，研究它們的結構、物理狀態、化學組成及其運行的一般狀態，有助於探索地球大氣演化。
20世紀40年代以前，僅限於用天文望遠鏡和雷達等在地球上觀測其他行星。自1961年以來，開始用行星探測器探測其他行星而獲得資料。這些探測器，有的在離行星1 000多千米到100多萬千米處發回照片，有的降落艙在行星上軟著陸後，向地球發回照片和資料。隨著探測手段的不斷發展，使行星大氣的研究，有瞭較大的的進展。
水星大氣 水星是離太陽最近的行星。其赤道直徑約4 880千米，密度為5.42克/厘米3，質量為3.30×1026克。表面氣壓小於2×10−9毫巴。水星表面有一層很稀薄的大氣，其成分有He、Ne、Ar、Kr、Xe、H、H2、O和CO、CO2、H2O等。水星表面的平均溫度為350～400 K，赤道正午的溫度可達700 K；背陽面的溫度約100K。表面沒有找到任何大氣和水體的搬運、侵蝕和沉積等地質作用的證據，表明自形成以來水星從未有過濃密的大氣層和水圈。
金星大氣 主要成分為二氧化碳，約占95％，氮約占3.5％，此外還有少量的氬、一氧化碳、水汽、氯化氫和氟化氫等。金星的大氣層比地球厚，金星表面上的氣壓約為地球表面氣壓的90倍，即約90 000百帕。30千米高空的氣壓約10 000百帕，50千米高空約為1 000百帕，80千米高空約10百帕。金星大氣自下往上可分為若幹特性層：①0～31千米間為潔凈大氣，大氣幾乎不含雜質，但其中閃電雷鳴持續不停。②31～68千米為雲層，因含硫化物而呈黃色。整個雲系中有硫酸滴、不同濃度的硫及高含量的氣溶膠。金星北極區大氣層有一個極洞，寬約1 100千米，氣流下沉，雲層稀薄。金星大氣中的二氧化碳，造成非常顯著的溫室效應，使金星表面溫度高達750K，而且基本上不隨地區、季節和晝夜而變化。北極地區的氣溫反而比赤道地區高10K左右。
金星是太陽系中逆向自轉的大行星之一（另一個為天王星），因此從金星上看太陽，是西升東落的。它的體積和質量都略小於地球。金星的自轉周期為243天（地球時）。整個星球幾乎終年為深厚的雲霧掩蓋。
火星大氣 主要成分為二氧化碳，占95％，氮占2%～3％，氬占1%～2％，一氧化碳和氧共約占0.1％，此外還有極少量的臭氧和氫，水汽僅平均約占0.01％。火星大氣中二氧化碳的含量隨高度減少；在100千米高度處含量占50％，到140千米高度處，測得氧的含量比二氧化碳大6倍之多。火星大氣密度不足地球大氣的1％，火星表面的平均大氣壓僅為7.5百帕，相當地球上30～40千米高空的大氣壓。
火星比地球小得多，體積隻有地球的0.15，質量隻有地球的1/9，火星上也有四季變化，由於它繞太陽運行一周約687天（地球時），故每季的長度約為地球上兩倍。火星表面平均溫度為240K，赤道區白天最高溫度超過300K，晚上在200K以下，日變化很大；冬季極區溫度低達150K。自表面向上溫度下降，在40千米高度以上，平均溫度為140K，但有大幅度不規則變化。火星大氣中也存在雲層。在15～30千米高度有由水冰組成的雲，在45千米左右的高度有由二氧化碳（幹冰）組成的白色雲。在北半球春、夏季時，在巨大火山的迎風側亦有水冰雲。火星表面風速一般較小。火星上最壯觀的氣象現象是塵暴，它經常可以發展到行星尺度，有時幾乎遮蔽整個行星表面。
在火星的南極和北極，終年存在著白色的極冠，極冠區的范圍隨季節有變化。冬季，它由水冰和幹冰（固體二氧化碳）所組成，范圍最大；春季來臨後范圍逐漸縮小；夏季，極冠的范圍最小，但不消失，是完全由水冰組成的永久性極冠；隨著秋季的來臨，極區溫度逐漸下降到二氧化碳的凝固點(150K)之下，二氧化碳開始凝華，極冠范圍擴大。
木星大氣 主要成分為氫，占88.6％，氦占11.2％，其他為少量的氨、甲烷、水汽、氧、氮及硫化物等，其厚度約1 000千米。
木星是太陽系八行星中最大的一顆，其體積約為地球的1 316倍，質量約為地球的319倍，由中心至71 370千米，依次為由以鐵矽為主的固體核、液態金屬氫（其中分子離解為獨立原子，形成導電流體）、液態分子氫。核溫可達30 000K。71 370千米以上則為大氣層。
木星大氣中的雲層分佈有如下特點：最外層為氨晶體雲，溫度150K，約0.6個地球大氣壓；其下30千米左右為氨氫硫化物晶體雲，溫度200K，約1.7個地球大氣壓；再往下35千米存在水冰晶雲層，溫度約250K，4～5個地球大氣壓。在該層之下，溫度約達270K以上，開始出現水滴。在最外層的氨晶體雲之上，溫度隨高度而降低，到110K的最低值後，又開始隨高度增加。用望遠鏡觀測木星，其雲層外貌呈斑馬紋似的亮暗相間的橫條，傳統上亮條稱為帶，暗條稱為帶紋，均與赤道平行，亮帶主要呈現為白色或灰黃色，而暗紋呈不同深度的紅棕色。帶和帶紋的亮度隨時間而變，亮帶中可出現暗區，暗紋中也可觀測到亮區。另外，在南半球還有一個大紅斑，呈蛋形，寬約14 000千米，長度變動在30 000～40 000千米之間，有三個地球那麼大。木星大氣的運動非常激烈，亮帶是由上升的暖氣流所形成，為高氣壓帶（類似地球大氣中的“高壓”）；暗的帶紋由較冷的下沉氣流構成，為低氣壓帶（類似地球大氣中的“低壓”）。木星大氣中的主要成分都是無色的，隻有微量的有色物質如硫、紅磷或某些有機物分子。
土星大氣 主要成分是氫和氦，並含有氨、甲烷和其他氣體。
土星的體積約為地球的745倍，其質量約為地球的95.18倍，其平均密度隻有地球的1/8（0.70克/厘米3），在八大行星中密度最小。一般認為，土星有一個巖石核心，其外依次有很厚的冰殼、金屬氫層、液態分子氫層，在此液層上空，有大氣層。土星大氣的上層，常為稠密的氨晶體雲所覆蓋，至今人們還無法看到下面的雲層，無從瞭解底層大氣的狀態。氨晶體雲呈現彩色的亮帶和暗紋，平行於赤道，但其色澤不像木星那樣鮮艷。顏色以金黃色為主，其餘為橘黃色、淡黃色等，不過極區呈現綠色，是整個土星圖像中最暗的區域。雲頂溫度為103K，表面溫度約為133K。土星的南半球有一個紅斑，和木星大紅斑類似。它呈橢圓形，長10 000多千米，隻有木星大紅斑直徑的1/3。初步研究認為，它是一種巨大的反氣旋風暴。此外，“旅行者”1號還拍攝到土星雲層頂部一些奇怪的明亮白斑，而在土星的北半球拍攝到另一些這類橢圓形斑塊，以及淺色的、小規模的對流雲圖案和一條數千千米長的波線。土星赤道風帶的風速很大，達500米/秒，為木星赤道風帶速度的3～4倍。
天王星大氣、海王星大氣 天王星和海王星結構可能相同，都有巖核，核心溫度可達2 000～3 000K，巖核外面為質量較大的冰層，冰層之外，有稠密的大氣，其中有很厚的雲層。大氣的成分主要是氫，還有甲烷和含量很少的氦和氨等。天王星和海王星的表面溫度均約70K，這兩個行星的雲層，主要為甲烷雲和氨雲。