บรรยากาศที่แสนจะเบาบางของดวงจันทร์นั้น อาจเป็นกุญแจดอกสำคัญสำหรับการตัดสินใจตั้งอาณานิคมบนดวงจันทร์ในอนาคต จากการศึกษาข้อมูลจากเครื่องมือ STICS ของยาน WIND ขององค์การนาซา นักดาราศาสตร์ได้พบว่า ในบรรยากาศของดวงจันทร์ประกอบด้วย ซิลิกอน อะลูมีนัม และออกซิเจน และมีความกดอากาศประมาณหนึ่งในร้อยล้านล้าน (1014) เท่าของความกดอากาศบนโลก ออกซิเจนในบรรยากาศดวงจันทร์นี้อาจเกี่ยวข้องกับกระบวนการสะสมน้ำแข็ง ที่เชื่อว่ามีอยู่ที่ขั้วทั้งสองของดวงจันทร์ โมเลกุลของน้ำจากดาวหางที่พุ่งเข้าชนดวงจันทร์อาจจะถูกกักไว้ในบรรยากาศอยู่ช่วงเวลาหนึ่ง ก่อนที่จะไปรวมตัวสะสมอยู่ที่แอ่งน้อยใหญ่บริเวณขั้วทั้งสอง และถูกความเย็นรักษาไว้ที่นั่น "ถ้าดวงจันทร์ไม่มีบรรยากาศอยู่เลยแม้แต่นิดเดียว ก็ไม่น่าจะมีการสะสมตัวของน้ำและน้ำแข็งเกิดขึ้น" Antoinette Galvin ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยนิวแฮมเชียร์อธิบาย