Triton có khí quyển mỏng giàu nitơ, cacbon monoxit và lượng nhỏ khí mêtan.[13][14][15] Cũng giống với khí quyển Sao Diêm Vương, khí quyển Triton được cho là do sự bốc hơi băng nitơ từ bề mặt của mặt trăng.[16] Nhiệt độ bề mặt Triton là 35,6 K (-237,6 °C), bởi băng nitơ trên Triton ấm hơn, trong trạng thái kết tinh và giai đoạn chuyển tiếp giữa các khối băng nitơ và diễn ra tại nền nhiệt độ đó.[17] Một giới hạn nhiệt độ ở ngưỡng 40 K có thể được tạo ra từ trạng thái cân bằng áp suất khí nitơ bay hơi trong khí quyển của Triton.[18] Điều này khiến Triton lạnh hơn Sao Diêm Vương, thiên thể có nhiệt độ cân bằng trung bình là 44 K (-229 °C). Áp suất khí quyển trên bề mặt Triton nhỏ, chỉ khoảng 1,4-1,9 Pa (0,014-0,019 mbar).[5]

Sự không đồng đều trên bề mặt Triton hình thành nên một tầng đối lưu có độ cao lên tới 8 km. Những dải hẹp (streaks) trên bề mặt Triton tạo ra bởi các mạch nước phun (geysers), điều đó cho rằng những cơn gió hoạt động theo mùa trên tầng đối lưu có khả năng chuyển dời vật chất có kích thước hơn 1 micromet.[19] Không giống như khí quyển của các thiên thể khác, Triton không có tầng bình lưu, nhưng nó lại có một tầng thượng khí quyển nằm cách bề mặt 8–950 km, và trên cùng là ngoại quyển.[5] Nhiệt độ khí quyển Triton ở ngưỡng 95 ± 5 K, cao hơn nhiệt độ bề mặt do Triton nhận lượng nhiệt từ không gian vũ trụ.[13][20] Đám sương mù hiện diện trên tầng đối lưu Triton, chúng được cho là chứa chủ yếu hydrocarbon và nitrile được tạo thành bởi quá trình bức xạ Mặt Trời len lỏi vào khu vực chứa khí mêtan. Khí quyển Triton cũng xuất hiện những đám mây nitơ đặc nằm ở độ cao cách bề mặt 1 và 3 km.[5] Trong thập niên 1990, các quan sát trên mặt đất khi Triton đi qua phía trước một ngôi sao. Một cuộc quan sát cho thấy có sự hiện diện của một lớp khí quyển còn đặc hơn lớp khí quyển được cho là ghi từ dữ liệu của Voyager 2.[21] Quan sát khác cho thấy nhiệt độ tăng lên từ 5% trong giai đoạn 1989-1998.[22] Các quan sát này cho thấy mùa hè trên Triton nóng bất thường, chỉ diễn ra vài trăm năm trong một lần. Các giả thuyết về sự nóng lên này bao hàm sự thay đổi về các mẫu băng nước trên bề mặt Triton và sự thay đổi của băng theo suất phản chiếu, dẫn đến việc hấp thụ lượng nhiệt nhiều hơn.[23] Một giả thuyết khác lập luận rằng các thay đổi về nhiệt độ là kết quả của các trầm tích, vật chất màu đỏ sẫm tạo ra từ các quá trình địa chất trên bề mặt Triton. Bởi suất phản chiếu Bond của Triton cao nhất trong Hệ Mặt Trời, nó là nhạy cảm với biến đổi nhỏ trong quang phổ suất phản chiếu.[24]