Die Atmosphäre der Venus ist rund 90-mal dichter als die der Erde. Die mittlere Oberflächentemperatur beträgt bei Tag und Nacht etwa 470 Grad Celsius. Der Atmosphärendruck am Boden beträgt 93 Bar, entsprechend dem Druck, der in irdischen Ozeanen in ca. 900 Meter Wassertiefe herrscht. Die Troposphäre des Planeten, also die Region, in der sich das Wetter abspielt, reicht bis in eine Höhe von 100 Kilometern (Erde: 15 Kilometer). Vom Venusboden aus nimmt die Temperatur bis in eine Höhe von 60 Kilometern kontinuierlich ab und bleibt bis zur Obergrenze der Troposphäre relativ konstant. Anders als bei der Erde geht die Troposphäre direkt in die Thermosphäre über, die diesen Namen bei der Venus nur auf der Tagesseite verdient. Auf der Nachtseite fallen die Temperaturen in dieser Höhe bis auf −173 Grad Celsius ab.

Drei ungewöhnliche Vulkane in den Ebenen von Guinevere Planitia (© NASA/JPL)Drei ungewöhnliche Vulkane in den Ebenen von Guinevere Planitia (© NASA/JPL)In Höhen zwischen ca. 45 und 70 Kilometern liegen drei dicke Wolkenschichten, die den Planeten völlig einhüllen. Diese Wolken, und nicht die massereiche, dichte Atmosphäre, sind der Grund dafür, dass mit Teleskopen und Kameras kein Blick auf die Oberfläche möglich ist. Die Atmosphäre ist extrem dynamisch: Die Wolkenoberseite zeigt eine äquatoriale, die Eigendrehung des Planeten überlagernde, viertägige Ost-West-„Superrotation“ mit Windgeschwindigkeiten von 300 bis 400 Kilometern pro Stunde. Die oberste Atmosphärenschicht rotiert also schneller als tiefer liegende Schichten und viel schneller die Venus selbst. Darüber hinaus gibt es noch andere Zonen zirkularer Strömungen vom Äquator hin zu den Polen, die allerdings mit geringen Geschwindigkeiten ablaufen und vermutlich Wärme in Richtung der Pole transportieren. Dies führt dazu, dass die Temperaturen an der Oberfläche der Venus und in ihrer Atmosphäre homogen verteilt und überall fast gleich hoch sind.

Ein Hauptgrund für die große Dynamik in der Atmosphäre dürfte im Zusammenspiel mehrerer Faktoren zu finden sein. Die sehr langsame Eigenrotation führt in Kombination mit der Sonnennähe und damit verbunden der Erwärmung des Planeten – die Venus empfängt doppelt so viel Strahlung von der Sonne wie die Erde – zu Zellen von Konvektionsströmungen, also großräumigen Umwälzungen in der Atmosphäre. An der Oberfläche herrscht jedoch beinahe Windstille.

Die Zusammensetzung der Venusatmosphäre hat sich über viereinhalb Milliarden Jahre hinweg kaum verändert und spiegelt somit einen Zustand aus der Frühzeit der Planetenentwicklung wider. Sie enthält über 96 Prozent Kohlendioxid (CO2) und nur 3,5 Prozent Stickstoff (N2). Weiterhin findet man höhenabhängig u.a. Schwefeldioxid (SO2), etwas Wasser (H2O) und damit auch Schwefelsäure (H2SO4). Kohlen- und Schwefeldioxid sowie auch winzige Mengen an Wasserdampf in der hohen Atmosphäre sind für den massiven Treibhauseffekt auf der Venus verantwortlich: Obgleich 80 Prozent des einfallenden Sonnenlichtes von den Wolken reflektiert werden, reichen die verbleibenden 20 Prozent aus, um den Planeten aufgrund des intensiven Treibhauseffektes aufzuheizen. Ein ähnlich effektiver Treibhauseffekt hätte für die Biomasse auf der Erde langfristig verheerende Folgen.