Атмосфера экзопланеты — это газовая оболочка, окружающая планету за пределами нашей Солнечной системы.Основной метод — трансмиссионная спектроскопия: во время транзита (прохождения планеты по диску звезды) часть звездного света фильтруется верхними слоями атмосферы. Атомы и молекулы поглощают излучение на характерных длинах волн, создавая спектральный отпечаток. По нему можно определить наличие водяного пара, углекислого газа, метана, а также температуру и давление.
Первый успешный анализ атмосферы экзопланеты выполнила группа Дэвида Шарбонно в 2001 году с помощью спектрографа STIS на телескопе «Хаббл». У планеты HD 209458 b был обнаружен натрий на длине волны 589 нм. Позднее инфракрасный телескоп «Спитцер» и космическая обсерватория «Кеплер» под руководством Уильяма Боруки позволили провести статистические исследования сотен горячих юпитеров. С запуском JWST началась эра детального химического анализа атмосфер землеподобных планет.
При транзите доля блокируемого планетой излучения равна (R_p/R_s)^2, а тонкая атмосферная оболочка добавляет к поглощению ещё ≈2R_p·h/R_s^2, где h — эффективная высота атмосферы. Эта высота задаётся шкалой высот H = kT/(μg), где k — постоянная Больцмана, T — температура, μ — средняя молекулярная масса, g — ускорение свободного падения. Поглощение на конкретных длинах волн подчиняется закону Бугера–Ламберта–Бера; глубина спектральных линий отражает содержание соответствующих химических элементов. Кривые блеска на разных длинах волн фиксируются фотометрически, а спектральное разрешение позволяет идентифицировать молекулярные полосы H₂O, CO, CO₂, CH₄ и др.
Поиск признаков жизни и оценка пригодности планет к обитанию через обнаружение воды, кислорода или метана в атмосферном спектре.
На экзопланете KELT-9b дневная сторона раскалена до 4600 К — горячее многих звезд, и в её атмосфере плавают пары железа и титана.
