Quando Plutone ha un'atmosfera, si pensa che sia costituito da metano, azoto e monossido di carbonio in forma gassosa. Questa atmosfera esce dal ghiaccio sulla superficie di Plutone quando è più vicina al sole, che riscalda il pianeta e fa sublimare il ghiaccio.
Tuttavia, quando Plutone si allontana dal sole, l'atmosfera si congela e cade in superficie.
Ironia della sorte, quando l'atmosfera è a posto, la superficie di Plutone è più fredda di quanto non sia altrimenti a causa di una specie di effetto serra inverso. Il metano, che è un gas a effetto serra, provoca un'inversione di temperatura nell'atmosfera, con temperature a 6 miglia sopra la superficie del pianeta più calda rispetto alla superficie.
Il fatto che Plutone abbia un'atmosfera non è stato definitivamente dimostrato fino al 1988, quando è stato scoperto che una stella si è attenuata lentamente quando Pluto è passato davanti ad esso. Se il pianeta nano fosse privo di atmosfera, la stella sarebbe semplicemente svanita. Tuttavia, l'atmosfera plutoniana è così sottile che la sua pressione atmosferica è solo 1 /700.000 più forte di quella terrestre.
Nel 2002, gli scienziati hanno trovato più azoto del solito nell'atmosfera di Plutone. Si credeva che questo azoto provenisse dal polo sud, che stava ricevendo la luce del sole per la prima volta in oltre un secolo.
