Крайне незначительное содержание водяного пара в атмосфере Венеры — одна из главных ее загадок. Ведь главным источником атмосфер планет земной группы считаются вулканические газы, большую часть которых составляют водяной пар и углекислый газ. На Земле они находятся в объемном соотношении 5:1. По оценкам специалистов, общее количество углекислого газа на Венере и Земле приблизительно одинаково, только на Земле он связан в осадочных породах и отчасти поглощен водными массами океанов, а на Венере сконцентрирован в атмосфере. Следовательно, в соответствии с приведенной выше пропорцией Венера должна была бы иметь гидросферу, сопоставимую с земной, с толщиной эквивалентного слоя воды на поверхности около 2,7–3 км. Почему же этого не наблюдается?
Ответ на этот вопрос был получен в конце 2007 года АМС «Venus Express». С помощью спектрометра «Spicar/Soir» и анализатора плазмы и нейтрального газа «Aspera», установленных на станции, было обнаружено, что ионы кислорода, водорода и гелия покидают атмосферу Венеры. Причем, кислород и водород находятся в таком же соотношении, что и в молекулах воды (1:2). По мнению сотрудника Денверского музея природы и науки (США) доктора Дэвида Гринспуна (David Grinspoon) и сотрудника Института космической физики в Кируне (Швеция) Станислава Барабаша, это доказывает водное происхождение этих ионов. Получается, что водяной пар раньше присутствовал в атмосфере Венеры в гораздо большем количестве, чем теперь, но затем был расщеплен солнечным ультрафиолетовым излучением на ионы, которые были вынесены из верхних частей атмосферы солнечным ветром.
Другое подтверждение наличия большого количества водяного пара на Венере в далекие времена было получено благодаря анализу уровня «тяжелого» водорода дейтерия, остающегося в атмосфере дольше, чем обычный водород. По его содержанию можно судить, сколько водяного пара было раньше. Гринспун считает, что его вполне могло хватить, чтобы покрыть Венеру 4-километровым слоем воды. Это немного превышает суммарный объем воды в океанах и атмосфере Земли.
В атмосфере Венеры присутствуют три зоны облачности: верхняя (67–58 км), средняя (58–52 км) и нижняя (52–48 км). Над верхней зоной до высоты 80 км простирается надоблачная дымка; имеется также подоблачная дымка из горячего едкого тумана, опускающаяся до высоты 32 км. На высотах 50–70 км со скоростью 100–140 м/сек. дуют ураганные ветры. АМС «Venus Express» получила убедительные доказательства того, что на Венере происходят грозы с молниями. Молнии были зафиксированы на высоте 56 км.