土卫六大气层是太阳系的天然卫星中唯一发展高度完整的卫星大气层。
观测历史.土卫六大气层最初是由西班牙天文学家朱塞普·科马斯·索拉于1903年从土卫六的周边昏暗现象推测其存在。1944年杰拉德·柯伊伯以光谱观测证实了土卫六拥有大气层，并推测大气层内的甲烷气体分压为100毫巴（10千帕）。1970年代的后续观测确认柯伊伯的甲烷分压观测结果是明显低估，土卫六大气层内的甲烷含量是柯伊伯观测量的10倍，并且表面大气压至少是先前预测的2倍。土卫六表面的气压高就意味甲烷只能聚集在土卫六大气层中的