Die Venusatmosphäre ist ganz anders zusammengesetzt als die Erdatmosphäre. Sie besteht zu 96,5% aus dem Treibhausgas Kohlendioxid und zu 3,5% aus Stickstoff (siehe Bild oben). Schwefeldioxid, Argon und Wasser kommen in Spuren vor. Wegen dieser dichten Atmosphäre beträgt der Druck auf der Venusoberfläche ca. 92 bar. Dies entspricht einem Druck in 920 m Meerestiefe.

Dass die Venus das zweithöchste Objekt am Nachthimmel ist, liegt an der geschlossenen Wolkendecke, die ca. 60% des Sonnenlichts reflektiert. Die Wolkendecke beginnt in ca. 50 km Höhe und ist ca. 20 km dick. Sie besteht hauptsächlich aus Schwefelsäure. Größere Schwefelsäuretropfen regnen ab, erreichen aber nicht die Oberfläche, da sie vorher wegen der hohen Temperaturen verdampfen. Der Schwefel stammt von Vulkanausbrüchen. Die obersten Wolkenschichten erreichen Windgeschwindigkeiten bis ca. 370 km/h. An der Venusoberfläche wurden Windgeschwindigkeiten von nur bis ca. 7 km/h gemessen.

Der hohe Anteil von Kohlendioxid in der Atmosphäre sorgt für einen extremen Treibhauseffekt, die durchschnittliche Oberflächentemperatur beträgt ca. 464°C. Das ist die Goldmedaille für die Venus. Der der Sonne am nächsten gelegene Planet Merkur hat eine Höchsttemperatur von nur 427°C. Auf der Venusoberfläche schmilzt sogar Blei. Die Temperaturunterschiede sowohl zwischen der Tag- und der Nachtseite als auch zwischen der Äquatorregion und den Polargebieten sind sehr gering: Das Temperaturminimum liegt in Bodennähe bei ca. 440°C und das Temperaturmaximum liegt bei ca. 493°C. 

Ein Astronaut auf der Venus würde also ohne einen guten Schutzanzug gleichzeitig gekocht und zerquetscht werden. Die Bezeichnung Hölle für die Venus scheint daher eher noch untertrieben.