大气层巨兽（），又称大气层动物（Atmospheric animal），是指假想中栖息于行星大气层中的生物。在美国天文学家、科幻作家卡尔·萨根的《》一书中，作者设想了这种动物生存于诸如木星之类气态巨行星的大气层内。这种动物的幻想插画也作为对奇异外星生命形式的畅想出现于各类书籍当中。
神秘动物学.大气层巨兽也是不明飞行物和神秘动物学的相关概念，在UFO研究史上，部分学者怀疑某些被调查的所谓航天器是否是某种生活在地球大气层的生物。最初，不明飞行物研究者认为，栖息于地球大气层内的巨型变形