海卫一的大气层延伸至距离地表800公里的地区，主要由氮气所构成，成份类似土卫六大气层与地球大气层。海卫一大气层的表面气压只有14微巴，为地球的1/70,000。天文学家原本认为海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.