Pluto bir atmosfere sahip olduğunda, gaz halinde metan, azot ve karbon monoksitten oluştuğu düşünülmektedir. Bu atmosfer Plüton'un yüzeyinde güneşe en yakın olduğunda buzdan patlar, gezegeni ısıtır ve buzun yüceltilmesine neden olur.
Ancak, Pluto güneşten uzaklaştığında, atmosfer donar ve yüzeye düşer.
İronik bir şekilde, atmosfer yerindeyken, Pluto'nun yüzeyi bir tür ters sera etkisinden dolayı olduğundan daha soğuktur. Sera gazı olan metan, gezegenin yüzeyinin 6 mil üzerindeki sıcaklıklarının yüzeyden daha sıcak olmasıyla atmosferde bir sıcaklık değişimine neden olur.
Pluto’nun bir atmosfere sahip olduğu gerçeği, Plüton’un önünden geçtiğinde bir yıldızın yavaşça karartıldığı keşfedildiği 1988 yılına kadar kesin olarak kanıtlanmadı. Cüce gezegen hiçbir atmosfere sahip olmasaydı, yıldız basitçe kaybolurdu. Yine de, Pluton atmosferi o kadar incedir ki, atmosferik basıncı Dünya'nınki kadar sadece 1 /700.000'dir.
2002 yılında, bilim adamları Pluto'nun atmosferinde normalden daha fazla azot buldular. Bu azotun, bir asırdan beri ilk kez güneş ışığı alan güney kutbundan geldiğine inanılıyordu.
