唯一富含氮的浓密大气层。其余1.6%的成分主要是甲烷（1.4%）和氢（0.1－0.2%）。因为甲烷在土卫六大气层高处冷凝，甲烷的含量在高度约32公里处的对流层顶向下增加，在8公里高到土卫六表面处增加至接近4.9%以后逐渐平缓。另外还有其他痕量的烃类，例如乙烷、二乙炔、丙炔、乙炔和丙烷；以及氰基乙炔、氰化氢、二氧化碳、一氧化碳、氰、氩和氦等其他极低含量气体。从太空所见土卫六大气层的橙色必定是更加复杂的少量化学物质所造成，而这类物质可能是类似焦油状的有机沉积物托林。烃类被认为是来自太阳的紫外线使甲烷分裂后形成的