Den ytre atmosfæren inneholder 96,3 % molekylær hydrogen og 3,25 % helium. Andelen helium er vesentlig mangelfull i forhold til overfloden av dette grunnstoffet på solen. Mengden av grunnstoffer som er tyngre enn helium er ikke nøyaktig kjent, men proporsjonene antas å tilsvare den opprinnelige mengden fra dannelsen av solsystemet. Deres totale masse anslås til 19–31 ganger jordens, med en betydelig del beliggende i kjerneregionen. mini|Foto av en global storm. Fronten (lyst område) passerer halen som sirkulerer rundt den venstre delen. Det er oppdaget spormengder av ammoniakk, acetylen, etan, propan, fosfin og metan i atmosfæren. De øvre skyene er sammensatt av ammoniakkrystaller. De lavere nivåene synes å bestå av enten ammoniumhydrosulfid eller vann. Ultrafiolett stråling fra solen forårsaker fotolyse av metan i den øvre atmosfæren. Dette gir kjemiske hydrokarbonreaksjoner som frakter produktene nedover med virvler og diffusjon. Denne fotokjemiske syklusen er modulert av Saturns årlige sesongsyklus.