火星大气层是指火星周围笼罩着的大气层，与地球大气层相似。火星大气层的主要成分是二氧化碳，其次是氮、氩，此外还有少量的氧和水蒸气。

20世纪70年代末“好奇”号和“海盗”火星探测器收集的结果是：二氧化碳是火星大气的压倒性成分，与地球大气不同，后者是氮气和氧气的混合体。

其中，“海盗”探测器还发现氮气是火星空气中第二丰富的气体，但“好奇”号的测量结果揭示，氮气和氩气一种稳定的惰性气体的丰富程度几乎一样。[