L'atmosphère de Mercure est quasi-inexistante ; on en décèle que quelques traces. Elle est extrêmement mince, à cause de la chaleur et de la faible gravité de la planète, à tel point que les molécules de gaz de l'atmosphère entrent plus souvent en collision avec la surface de la planète qu'avec d'autres molécules de gaz.

Dans la plupart des cas, on peut la négliger et considérer Mercure comme privée d'air.

Cette atmosphère est principalement composée de potassium (31%), de sodium (25%) et d'oxygène (9,5%). Le vent solaire et le dégazage du sol (d'argon et de néon) permettent de mesurer une très faible pression de 2×10-9 mb. Les atomes composant l'atmosphère de Mercure sont continuellement libérés dans l'espace, avec une « durée de vie » moyenne d'un atome de potassium (ou de sodium) d'environ trois heures durant le jour mercurien, et seulement la moitié (soit une heure trente) lorsque la planète est au périhélie. La perte d'atmosphère est due à plusieurs mécanismes : vent solaire capturé par le champ magnétique planétaire, vapeurs produites par des impacts de micro-météorites, évaporations de la glace polaire et/ou perte de gaz.

La température moyenne à la surface est 452 K, mais Mercure connaît d'importants écarts entre les portions à l'ombre (90 K) et celles exposées au rayonnement solaire (700 K), du fait de la quasi absence d'atmosphère. Par comparaison, la température sur Terre varie seulement d'environ 11 K (sans tenir compte du climat ou des saisons, uniquement le rayonnement solaire).

Le Soleil apparaît quatre fois plus gros que sur Terre, et sa lumière sur la surface de Mercure est 8,9 fois plus intense avec une irradiante solaire de 9126,6 W/m².

Des observations radar faites en 1992 indiquent qu'il y aurait de la glace d'eau au pôle Nord de Mercure - notamment par la présence de zones à réflexion radar élevée - ce qui semble à première vue pourtant peu probable sur un astre où règnent des températures si élevée (jusqu'à 430°C).

On pense qu'il en existe au fond des cratères en permanence à l'ombre et donc à des températures très froides, déposée par un impact météoritique et/ou de gaz surgissant de l'intérieur de la planète.
De plus, les pôles ne sont qu'effleurés par les rayons de Soleil et ne sont ainsi pas exposés aux variations extrêmes de températures que connaît le reste de la planète.