Վեներայի մթնոլորտը հիմնականում բաղկացած է ածխաթթու գազից (96 %) և ազոտից (համարյա 4 %)։ Ջրային գոլորջին և թթվածինը նույնպես նկատվում են այստեղ, սակայն հետքերի տեսքով (0,02 % և 0,1 %)։ Վեներիական մթնոլորտում կա 105 անգամ ավելի շատ գազ, քան երկրայինում[16]։ Մակերևույթի մոտ ճնշումը կազմում է 93 մթն., ջերմաստիճանը՝ 750 Կ (475 °C)։ Դա գերազանցում է Մերկուրիի մակերևույթի ջերմաստիճամը, որը գտնվում է երկու անգամ ավելի մոտ Արեգակին։ Վեներայի վրայի այսպիսի բարձր ջերմաստիճանի պատճառը հանդիսանում է ջերմոցային էֆեկտը, որը ստեղծվում է խիտ ածխաջրածնային մթնոլորտի կողմից։ Վեներայի մթնոլորտի խտությունը մակերևույթի մոտ ընդամենը 14 անգամ է փոքր ջրի խտությունից։ Չնայած մոլորակի դանդաղ պտույտին, մոլորակի ցերեկային և գիշերային կողմերում ջերմաստիճանի տատանումներ չեն նկատվում, մթնոլորտի բարձր ջերմային իներցիայի պատճառով։ Վեներայի մթնոլորտը ձգվում է մինչև 250 կմ բարձրությունը[17]։