木星大气层上层的成分以气体分子的体积百分比大约88-92%是氢，8-12%是氦。但由于氦的原子量是氢的4倍，当以质量描述组成时，不同原子量的元素就会有不同的比例，由此木星的大气层大约有75%的质量是氢，24%的质量是氦，剩余的1%是其它元素。而在木星的内部包含了密度较高的元素，在质量上大致是71%的氢、24%的氦和5%的其它元素。大气中含有微量的甲烷、水蒸气、氨和硅基化合物。也有微量的碳、乙烷、硫化氢、氖、氧、磷化氢和硫，最外层的大气含有结晶的氨[25][26]。经由红外线和紫外线的测量，也发现有微量的苯和其它的烃类[27]。
大气中氢和氦的比例接近理论上的原始太阳星云组成。氖在大气层上层仅占百万分之二十，大约是太阳中丰度的十分之一[28]。氦也几乎耗尽，大约只有太阳组成的80%左右。这种减少是这些元素沉降到行星内部的结果[29]。较重的惰性气体在木星大气层中的丰度是太阳的2-3倍[来源请求]。
依据光谱，土星的组成被认为类似于木星，但其它的巨行星，天王星和海王星有着相对较少的氢与氦[30]。由于缺乏直接深入大气层的探测器，除了外层的大气层外，缺乏内部更重元素丰度的精确数值。