木星被一層厚厚的大氣包圍著。這層大氣的厚度有1000千米，幾乎全部是由氫和氮組成的。大氣中氦的含量是氫的10％。此外還有極為少量的甲烷、氨和水汽。“旅行者1號”又探測到大氣成分中還有少量的碳、氧元素以及鐵和硫。
木星的大氣中有雲。臼於木星快速自轉，雲被拉成長條形，形成與赤道平行的明暗交替的雲帶。這種雲帶達17條之多。人們一般把明亮的雲帶叫做“帶”，把暗的雲帶叫做“帶紋”。“帶”是高壓區，溫暖的氣流在上升，呈現出白色或淺黃色。“帶紋”是低壓區，氣流在下降，呈現出紅色或橙色。從探測器在木星上空拍下的照片看出，大氣中白色或淺黃色和紅色或橙色的雲，像波浪一樣激烈地翻騰著。在這永不平息的翻騰的雲中，有個顯著的大紅斑。這就是卡西尼在17世紀觀測到的那個大紅斑。它聳立在南熱帶區，是個長20000多千米，寬11000千米的紅色卵形區域。據“先驅者”號的探測，發現大紅斑是個大的氣旋風暴，相當於地球上的颶風，但規模相當大，持續的時間也相當長。有人認為大紅斑呈紅色，是由於氣流中含有紅磷化合物的緣故。還據“旅行者1號”的探測，大紅斑是由玫瑰色、棕色和白色的雲層組成，有如一團沿逆時針方向轉動的巨大旋風，約6天轉動一周。在大紅斑的中心部分有個小顆粒，它是大紅斑的核。大紅斑的溫度比周圍低。在木星上除大紅斑外，還發現一些小紅斑。
“旅行者1號”發現在木星的“北極”，可以看到和地球北極上空出現的一樣美麗的極光。而且“旅行者1號”在木星的雲層上也發現過閃電，說明在那裏有相當複雜的碳氫化合物分子存在。
前麵說過的木星雲層，就是我們看到的“木星外形”。至於木星的主體，由於雲層的覆蓋，從來沒有人看見過。但通過“先驅者11號”對木星的探測，使人類了解到木星不像月亮、水星、金星、火星和地球那樣有著固體的表麵，木星是一顆液態的流體行星，沒有固體的表麵。
按“先驅者11號”獲得的數據，了解到木星向空中散發的熱量，是它從太陽接收到的熱量的17倍，說明木星是一顆具有熱源的行星。過去，人們一直認為行星是不發光；也不發熱的，現在看來，這種說法是不合適的。
20世紀50年代，射電天文學家曾經發現木星和地球一樣也有磁場。通過“先驅者”係列的探測發現，木星的磁場強度約為地球磁場強度的10倍，木星的磁軸和自轉軸的交角約是10°8，磁極方向恰好與地球相反。也就是說，地球上指向北方的羅盤若是搬到木星上，指針將指向南方。“先驅者”號還發現，木星的磁層比地球的磁層要大100倍。如果肉眼能看到它，所展示的範圍要比人們見到月亮大16倍。木星的磁場雖然巨大，但它轉動得很快，這就使磁層中心的帶電粒子經受巨大的離心力，把帶電粒子約束在木星磁赤道附近薄薄的一片區域上。另外，木星的磁層是隨著太陽風的“吹拂”，而十分迅速、頻繁地收縮和膨脹著。這是地球的磁層所不具備的。
“旅行者1號”發現，木星有個光環，這就使木星一躍進入了具有光環的行星行列，成為繼土星、天王星以後第三個帶環的行星，從而增加了木星的光彩。木星的光環厚達30千米，寬達6500千米，離木星128000萬千米。木星的光環是由許多黑色的碎石塊構成的。這些繞木星運轉的石塊，直徑在數十米到數百米之間。由於黑色的石塊不反射太陽光，所以過去一直沒發現。