卫一拥有浓厚的大气层，但是航海家二号在1989年首次近距离探测海卫一的大气层后推翻这种看法。近年来的天文观测则显示海卫一的大气层含量正在逐渐增加当中。
组成成份.氮气是海卫一大气层中最主要的成分，目前也发现有甲烷存在。其他行星及卫星上也存在成份类似的大气层，例如地球及土卫六。
结构.海卫一大气层的结构相当完整并遍佈整个卫星.。海卫一大气层延伸至距离地表800公里的地区，表面的气压只有14微巴，大约是地球大气层的1/70,000。海卫一的表面温度至少高于摄氏