Hoả Tinh là hành tinh màu đỏ rất sáng, người Trung Quốc cổ đại gọi nó là quả cầu lửa. Tương tự như Trái Đất, Hoả Tinh cũng có tầng khí quyển, nhưng khác nhau ở chỗ tầng khí quyển của Hoả Tinh rất mỏng. Năm đó, khi còn tàu vũ trụ “Cướp biển” đổ bộ xuống bề mặt của Hoả Tinh đã trực tiếp đo được khí áp trên bề mặt Hoả Tinh chưa đến 1% khí áp trên bề mặt biển của Trái Đất, khoảng 0,7 – 0,9 kPa.
Thành phần chủ yếu của tầng khí quyển Hoả Tinh là khí CO2 chiếm 95,3%, tiếp đến là nitơ chiếm 2,7%. Hàm lượng nước trong tầng khí quyển Hoả Tinh chỉ chứa bằng một phần nghìn hàm lượng nước trong tầng khí quyển trên Trái Đất. Trên Hoả Tinh cũng có các hiện tượng thời tiết như mây, gió bão.
Trên Hoả Tinh thường phát sinh gió bão, chủ yếu là vì các luồng khí tạo thành. Khi tốc độ gió bề mặt Hoả Tinh lớn có thể đạt đến 50-100 m/s, tức là gây nên những trận bão bụi. Bão bụi là hiện tượng tầng khí quyển Hoả Tinh riêng có. Những hạt bụi trong gió bão đại bộ phận có đường kính bằng một phần nghìn mm, những hạt nhỏ hơn có thể bị gió thổi tung lên cao 50 km. Nguyên nhân gây bão bụi có thể liên quan với tầng khí quyển bị Mặt Trời nung nóng. Sau khi tầng khí quyển bị nóng, vì nhiệt độ chênh lệch gây ra mất ổn định, do đó thổi tung bụi lên. Bụi bay vào không trung có thể hấp thu nhiều nhiệt hơn khiến cho tốc độ các dòng khí bốc lên cao. Lúc đó không khí lạnh bổ sung vào vị trí của lớp không khí nóng, khiến cho sức gió ngày càng tăng, phạm vi bão bụi ngày càng mở rộng. Ở những vùng tốc độ gió lớn, nếu gần khu vực cực của Hoả Tinh (ở đó sự chênh lệch nhiệt độ tương đối lớn) hoặc ở những khu vực núi cao thì càng dễ phát sinh bão bụi.
Bão bụi thường xảy ra trong phạm vi mấy trăm km. Chỗ này dấy lên cơn bão thì chỗ kia lắng xuống. Mỗi năm của Hoả Tinh (686,98 ngày) phát sinh hàng trăm lần bão bụi. Có lúc mấy cơn bão bụi cùng liên hợp lại làm cho bụi cuốn lên cao 30 km, phát triển thành trận bão bụi toàn Hoả Tinh, có thể kéo dài mấy tuần, kịch liệt hơn có thể kéo dài mấy tháng. Sau đó chênh lệch nhiệt độ giảm xuống, bão bụi lắng dần. Từ năm 1970 – 1980 phát sinh 5 lần bão bụi lớn. Quy mô những lần bão bụi này nếu dùng kính viễn vọng quan sát từ Trái Đất đều có thể quan sát được.
Tàu vũ trụ còn chụp được ảnh những cơn lốc trên Hoả Tinh. Những cơn lốc này giống như những cơn lốc trên Trái Đất, phạm vi rất lớn, độ cao có thể đạt 6-7 km.