Měsíční atmosféra obsahuje podle NASA několik plynů včetně sodíku a draslíku, které se nevyskytují v atmosférách Země, Marsu ani Venuše. Navíc je tato atmosféra velmi řídká, jeden její krychlový centimetr tvoří milión molekul. To sice vypadá jako velké množství, ale na Zemi je jeden krychlový centimetr atmosféry desetbiliónkrát hustší. Lunární atmosféra by se na Zemi považovala za vakuum.

Kromě zmíněných prvků obsahuje atmosféra Měsíce i helium, argon, neon, amoniak, metan a oxid uhličitý.

Vědci předpokládají, že měsíční atmosféra vznikla díky reakcím slunečního větru s měsíčním povrchem, z něhož se jednotlivé prvky odpařují, a pak uvolňováním plynů během dopadů komet a meteoritů.

Odborníci NASA se navíc domnívají, že atmosféra má klíčovou roli v koloběhu vody na Měsíci, který probíhá na molekulární úrovni mezi zásobami ledu na jeho pólech.

Kromě hustoty se měsíční atmosféra od té zemské odlišuje pohybem molekul. Na Zemi připomíná neustálými kolizemi kulečník, na Měsíci se molekuly téměř nikdy nepotkají. Jejich pohyb určují obloukové siločáry energie ovlivňované gravitací.