艾奥的大气层极端稀薄，只有地球大气压力的十亿分之一，主要的成分是二氧化硫，氯化钠、一氧化硫及氧也有少许。
稀薄的艾奥大气意味着未来以任何方式着陆艾奥的探测器都不需要安装隔热板来保护仪器，但是需要反推进火箭来进行软登陆。稀薄的大气也使得登陆的设备必需坚固得足以抗拒木星强烈的辐射，这些辐射也使稀薄的大气变得浓稠。
同样的辐射（以等离子体的形式存在）也将大气剥离，所以必须经常补充大气。二氧化硫最引人注目的来源是火山作用，但是大气层受到阳光持续的照射也会使冻结的二氧化硫升华。大气层主要被限制在赤道，因为该处是最温暖的，而且能够形成流束的活跃火山多数也在赤道上。其它的变化也会存在，以在火山口附近的密度最高（特别是有流束的火山口），还有艾奥的反木下点（艾奥上距离木星最远的一点，那儿的二氧化硫霜的数量最丰富）。
卫星拍摄的高解析影像显示，天文学家在卫星食的时候可以观察到类似辉光的极光。这种现象是来自于辐射与大气层的作用，如同地球的极光。极光通常出现在行星的磁极附近，但是艾奥最明亮极光却位在赤道区域。
艾奥本身没有磁场，因此，电子沿
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