Uma nave espacial atmosférica é trazida geralmente a seu destino por uma outra nave espacial a fim coletar a informação sobre a atmosfera de um planeta. Conseqüentemente, a nave espacial freqüentemente não requer um subsistema de propulsão, embora necessite de uma fonte e um equipamento de alimentação elétrica para recolher dados. A nave espacial usa um pára-quedas que retarda sua descida, e tem um casco aéreo que o protege das temperaturas extremas durante a entrada na atmosfera. A informação coletada inclui a composição da atmosfera, a temperatura, a pressão, a densidade, o índice da nuvem e o relâmpago. Os exemplos incluem o Galileo Atmospheric Probe (Júpiter), o Mars Balloon (Marte), e o Pioneer 13 (Vênus).