Bầu khí quyển mỏng mà Mặt trăng bao gồm một số loại khí hiếm, bao gồm cả natri và kali, những thành phần không tìm thấy trong bầu khí quyển của Trái đất, Sao Hỏa hoặc Sao Kim. Ở mực nước biển trên Trái đất, mỗi centimet khối của khí quyển chứa khoảng 1019 phân tử; bằng cách so sánh, bầu khí quyển mặt trăng chứa ít hơn 106 phân tử so với bầu khí quyền Trái Đất trong cùng một thể tích. Trên trái đất, đây được coi là một khoảng không lý tưởng. Trên thực tế, mật độ của bầu khí quyển trên bề mặt Mặt trăng tương đương với mật độ của rìa ngoài cùng của bầu khí quyển Trái đất, nơi có các Trạm vũ trụ quốc tế quay quanh.[5]

Các nguyên tố natri và kali đã được phát hiện trong bầu khí quyển của Mặt trăng bằng phương pháp quang phổ từ Trái đất, trong khi các đồng vị radon-222 và polonium-210 đã được phát hiện từ dữ liệu thu được từ máy quang phổ hạt alpha Lunar Prospector.[6] Argon-40, Helium-4, Oxy và/hoặc Metan (CH
4), nitơ (N
2) và/hoặc carbon monoxit (CO) và carbon dioxit (CO
2)) được phát hiện bởi các máy dò trên mặt trăng được đưa lên bởi các phi hành gia Apollo.[7]

Độ phong phú trung bình vào ban ngày của các nguyên tố được biết là hiện diện trong bầu khí quyển mặt trăng, tính bằng nguyên tử trên mỗi cm khối, như sau:

• Argon: 20.000-100.000
• Helium: 5.000-30.000
• Neon: lên tới 20.000 [8][9]
• Natri: 70
• Kali: 17
• Hydrogen: ít hơn 17

Điều này mang lại khoảng 80.000 nguyên tử trên mỗi centimet khối, cao hơn một chút so với số lượng được tạo ra trong bầu khí quyển của Sao Thủy.[7] Trong khi điều này vượt quá mật độ của gió mặt trời, thường ở mức chỉ vài proton trên mỗi cm khối, thì nó gần như được xem như là một khoảng không so với bầu khí quyển của Trái đất.

Mặt trăng cũng có thể có một "bầu không khí" bụi bặm bởi các bụi tĩnh điện. Xem bụi mặt trăng để biết thêm chi tiết.