Wenn Pluto eine Atmosphäre hat, besteht diese vermutlich aus Methan, Stickstoff und Kohlenmonoxid in gasförmiger Form. Diese Atmosphäre gast aus dem Eis auf Plutos Oberfläche aus, wenn es der Sonne am nächsten ist, was den Planeten erwärmt und dazu führt, dass das Eis sublimiert.
Wenn sich Pluto jedoch von der Sonne entfernt, gefriert die Atmosphäre und fällt an die Oberfläche.
Ironischerweise ist die Oberfläche von Pluto kälter als sonst, wenn die Atmosphäre vorhanden ist, was auf eine Art inversen Treibhauseffekt zurückzuführen ist. Methan, ein Treibhausgas, verursacht eine Temperaturinversion in der Atmosphäre, wobei die Temperaturen 10 km über der Erdoberfläche wärmer sind als an der Oberfläche.
Die Tatsache, dass Pluto eine Atmosphäre hat, wurde erst 1988 definitiv bewiesen, als entdeckt wurde, dass ein Stern langsam verblasste, als Pluto daran vorbeizog. Hätte der Zwergplanet überhaupt keine Atmosphäre, wäre der Stern einfach verschwunden. Dennoch ist die plutonische Atmosphäre so dünn, dass ihr atmosphärischer Druck nur 1/700.000 so stark ist wie der der Erde.
Im Jahr 2002 fanden Wissenschaftler in Plutos Atmosphäre mehr Stickstoff als üblich. Es wurde angenommen, dass dieser Stickstoff vom Südpol stammt, der zum ersten Mal seit über einem Jahrhundert Sonnenlicht erhielt.
