Углекислый газ составляет 96,5% общего объёма атмосферы, остальные 3,5% составляет азот со следами кислорода, окиси углерода, аргона и серного ангидрида. Кроме того, имеется низкий процент водяного пара.

Возможно, на первых фазах эволюции Земли её атмосфера была сходной с атмосферой Венеры. Из-за того, что вещества, составляющие венерианскую атмосферу, очень тяжелы, давление на поверхности планеты значительно больше земного. Оно близко к величине, существующей на Земле на глубине около 90 м под водой, что составляет 90-95 атмосфер. Космонавт, оказавшийся на Венере, подвёргся бы ужасной силе, которая тут же его расплющила бы. А газовая смесь, кроме того, чрезвычайно токсична для человека.

Повышенная плотность и особый состав атмосферы вызывают очень мощный парниковый эффект. Нижние слои атмосферы удерживают тепло так же, как удерживается тепло в оранжерее. Вследствие этого температура доходит до 475°С.

Модули, спущенные с зондов обнаружили наличие сильных радиоволн, испускаемых электрическими потоками, что явно свидетельствует о том, что и на Венере есть грозы, гораздо более сильные и частые, чем на Земле.

Наблюдения за атмосферой Венеры показали наличие сильнейших ветров в верхних слоях. В этих слоях облака в ретроградном движении совершают полный оборот вокруг планеты за четверо суток, тогда как её поворот вокруг оси составляет 243 суток. С увеличением высоты снижается температура. Например, на высоте 100 км она составляет 90°С.

Венерианские облака – весьма сложные образования, неоднородные по своей вертикальной структуре, обладающие сравнительно малой плотностью. Это скорее слабый туман, дымка, дальность видимости в которой превышает километр. Соответственно очень мала масса облачных частиц. Вместе с тем протяжённость облаков по высоте достигает почти 20 километров, чем объясняется их непрозрачность при наблюдениях с Земли. Нижняя граница облаков в хорошем согласии с данными измерений освещённости на станциях "Венера" довольно стабильна и располагается на уровне 48–49 км, и испытывая небольшие вариации по высоте и плотности.

Внутри облаков чётко выделяют три отдельных зоны (яруса) : нижняя (48–52 км), средняя (52–58км) и верхняя(58–67 км). Иногда обнаруживают также дополнительный очень узкий переходный слой, толщиной всего несколько сот метров, расположенный на 0,5–1,5 км ниже границы основной трёхъярусной структуры облаков. Каждую зону "населяют" очень мелкие сферические частицы, размером 2–3 мкм, и они преломляют световые лучи так же, как их преломляет 80-процентный раствор серной кислоты. Число капелек невелико, в среднем от 100 до 200 в одном кубическом сантиметре. Средняя и нижняя зоны, по-видимому, содержат также несколько десятков более крупных частиц размером в 6-8 мкм. С ними может быть связан измеренный в этих зонах низкий показатель преломления – значительно меньший, чем у серной кислоты, и почти такой же, как у воды или у льда.

Как же образуются венерианские облака? По-видимому, важнейшую роль тут играет химия содержащих серу, или возможно хлор, соединений и атмосферная динамика. Как мы уже отмечали, на Земле выбрасываемые вулканами соединения серы и «кислые дымы» преимущественно растворялись с океанах. На горячей Венере, где океанов нет, они сконденсировались на тех высотах, где это стало возможным по температурным условиям.