Khí quyển của Sao Mộc là bầu khí quyển hành tinh lớn nhất trong Hệ Mặt Trời.[2] Nó chủ yếu cấu tạo từ phân tử hydro và heli theo tỷ lệ tương tự như trong Mặt Trời, các hợp chất hóa học khác chỉ có mặt với một lượng nhỏ và bao gồm mêtan, amoniac, hydro sulfua và nước. Mặc dù nước được cho là nằm sâu trong khí quyển, nồng độ đo được trực tiếp là rất thấp. Nồng độ nitơ, lưu huỳnh, và khí hiếm trong khí quyển Sao Mộc nhiều khoảng gấp ba lần so với Mặt Trời.[3]Bầu khí quyển của Sao Mộc thiếu một ranh giới bên dưới rõ ràng và dần dần chuyển thành chất lỏng khi đi sâu vào trong hành tinh này.[4]  Từ độ cao thấp nhất cho đến đỉnh, bầu khí quyển được phân thành các tầng là tầng đối lưu, tầng bình lưu, tầng nhiệt và tầng ngoài. Mỗi tầng có đặc điểm gradien nhiệt độ riêng.[5]  Tầng thấp nhất, tầng đối lưu, có một hệ thống phức tạp gồm những đám mây và sương mù, bao gồm các lớp amoniac, amoni hydro sulfua và nước[6]. Những đám mây amoniac ở trên cùng có thể được nhìn thấy ở bề mặt của Sao Mộc được phân bố trong khoảng một tá dải đới (zonal band), chạy theo các vĩ tuyến song song với đường xích đạo, và được bao quanh bởi những dòng gió đới rất mạnh được gọi là các dòng tia. Các dải mây này có nhiều màu sắc: các dải màu tối được gọi là các vành đai, trong khi dải sáng được gọi là các đới. Các đới, có nhiệt độ lạnh hơn các vành đai, tương ứng với các dòng khí quyển chuyển động theo hướng dâng lên cao, trong khi các vành đai là dòng khí quyển chuyển động theo hướng đi xuống thấp.[7] Màu sáng hơn của các đới được cho là do sự có mặt của băng amoniac, còn lý do cho màu sắc tối của các vành đai vẫn chưa chắc chắn.[7] Nguồn gốc của những các cấu trúc dải và các dòng tia cũng chưa được hiểu rõ, mặc dù đã có những mô hình lý thuyết được xây dựng, như "mô hình nông" và "mô hình sâu".[8]Khí quyển Sao Mộc cho thấy một loạt các hiện tượng sôi động luôn diễn ra, bao gồm sự bất ổn định của các dải mây, các luồng xoáy (xoáy thuận và xoáy nghịch), các cơn bão và sét.[9] Các luồng xoáy thường xuất hiện ở dạng các đốm (hình bầu dục) màu đỏ, trắng hay nâu. Hai đốm lớn nhất là Vết Đỏ Lớn (GRS) [10] và Bầu dục BA,[11]  đều có màu đỏ. Hai đốm này và hầu hết các đốm lớn khác là xoáy nghịch. Các xoáy nghịch nhỏ hơn có xu hướng là màu trắng. Các luồng xoáy được cho là các cấu trúc tương đối nông, với độ sâu không quá một vài trăm cây số. Nằm trong bán cầu phía nam, GRS là luồng xoáy lớn nhất trong Hệ mặt Trời. Nó có thể chứa hai hoặc ba trái Đất và đã tồn tại được ít nhất ba trăm năm. Bầu dục BA, nằm ở phía nam của GRS, là một đốm đỏ có kích thước bằng một phần ba của GRS, được hình thành vào năm 2000 từ sự kết hợp của ba đốm trắng hình bầu dục.[12]Sao Mộc có dông bão mạnh, thường đi kèm với sét. Những cơn dông bão là kết quả của sự đối lưu hơi ẩm trong khí quyển kết hợp với sự bốc hơi và ngưng tụ của nước. Vị trí các cơn dông bão ứng với các dòng di chuyển mạnh mẽ theo hướng đi lên trên của khí quyển, dẫn đến sự hình thành của những đám mây màu sáng và dày đặc. Những cơn dông bão được hình thành chủ yếu ở các vành đai. Sét trên Sao Mộc được cho là có mối liên hệ với các đám mây có hơi nước.[13]