Około nad powierzchnią osiąga ona maksymalną wartość (-163 °C), po czym powoli zaczyna spadać.
Pluton jest jedynym obiektem transneptunowym wokół którego potwierdzono obecność otoczki gazów. Jej najbliższym odpowiednikiem jest atmosfera Trytona, lecz jako układ, w którym przez sublimację i resublimację następuje przepływ materii pomiędzy atmosferą a lodami na powierzchni planety, przypomina także marsjańską (choć tam głównym składnikiem jest CO2, a nie N2).
Atmosfera Plutona badana była od lat 80. XX wieku przez prowadzone z powierzchni Ziemi obserwacje wywoływanych przez niego okultacji gwiazd, a także z wykorzystaniem techniki spektroskopii astronomicznej. W 2015 atmosfera została dokładniej zbadana przez przelatującą w niedużej odległości sondę New Horizons.
Skład mały|skaluj=1.2|Warstwy błękitnej mgły w atmosferze Plutona, ukazane w barwach w przybliżeniu naturalnych Głównym składnikiem atmosfery Plutona jest azot. Udział metanu, według pomiarów przeprowadzonych przez sondę New Horizons, wynosi 0,25%. Udział tlenku węgla szacowany jest na (dane z 2010) bądź (dane z 2015).