Атмосфера Венеры до 50 км от поверхности сохраняется близкой к адиабатической, а выше 50 км температурный градиент уменьшается приблизительно вдвое. Суточные колебания температуры у поверхности 1 К, а на высоте 50-80 км достигают 15-20 К.
Температура верхней границы облачного слоя в приполярной зоне на 5-10 К выше, чем у экватора, что, видимо, связано с изменением высоты расположения облаков. Высокая температура атмосферы у поверхности объясняется действием парникового эффекта: согласно данным прямых измерений значительная часть солнечного излучения (3 - 4%) достигает поверхности и нагревает ее, а сильная непрозрачность для собственного инфракрасного излучения плотной углекислой атмосферы с примесью водяного пара препятствует остыванию поверхности.
Обнаружена высокая грозовая активность Венеры : интенсивность электрических разрядов, регистрировавшаяся по частоте следования низкочастотных импульсов на спускаемых аппаратах "Венера-11" и "Венера-12", оказалась во много раз выше, чем на Земле. Очевидно вблизи поверхности Венеры возникают электрические поля с напряженностью в сотни кВ/м. Высокая грозовая активность предположительно объясняется наличием действующих вулканов на поверхности Венеры.
Космические исследования показали, что собственное магнитное поле планеты невелико (магнитный момент Венеры не превышает 5-10% магнитного поля Земли).
Одновременно с "Венерой-11" и "Венерой-12" проходила работа американского проекта "Пионер-Венера", который включал спутник и четыре атмосферных зонда с аппаратурой для измерения давления, плотности, температуры, оптической толщины облаков и теплового излучения в атмосфере. На одном из зондов были дополнительно установлены масс-спектрометр, газовый хроматограф, спектрометр размеров аэрозольных частиц и два фотометра. На борту спутника находились масс-спектрометры нейтронного и ионного состава, ультрафиолетовый спектрометр, инфракрасный радиометр, поляриметр, магнитометр, анализаторы плазмы и электрических полей, радар для исследования рельефа. 4 декабря 1978 года на околопланетную орбиту выведен американский космический аппарат "Пионер-Венера-1", а 9 декабря на Венере в четырех точках планеты совершили посадку один большой и три малых зонда (большой и один малый на дневную сторону, 2 других малых - на ночную поверхность), доставленные космическим аппаратом "Пионер-Венера-2" (сам космический аппарат сгорел в атмосфере Венеры). Во время этих экспериментов были проведены исследования структуры, химического состава, оптических свойств и теплового режима атмосферы, свойств облаков. Проведены также измерения нейтрального и ионного состава верхней атмосферы; плазменные и магнитные измерения; методом радиовысотометрии исследован рельеф значительной части планеты.
Один из самых сложных за всю историю исследований Венеры комплексный эксперимент был осуществлен с помощью АМС "Венера-13" и "Венера-14" (1982 год). На спускаемых аппаратах была установлена усовершенствованная аппаратура химического анализа атмосферы (масс-спектрометры, газовые хроматографы, оптические и рентгеновские спектрометры) для исследования частиц облачного слоя. На этих станциях впервые были получены цветные панорамы поверхности планеты. Спускаемые аппараты провели бурение грунта (при температуре 4700С и давлении у поверхности 93,5*105 Па!). Раскаленный грунт, добытый буровой установкой, транспортировался по сложной системе трубопроводов внутрь прочного корпуса спускаемого аппарата, где был проведен его химический анализ. Анализ позволил определить содержание в грунте окислов магния, алюминия, кремния, железа, калия, кальция, титана и магния. Впервые измерены электропроводность и механическая прочность грунта, а также выполнен простейший сейсмический эксперимент. Программа атмосферных измерений позволила провести измерение содержания инертных газов - аргона, неона, криптона, ксенона - и большинства их изотопов, что очень важно для понимания процесса формирования атмосферы Венеры. Ведь большинство изотопов являются реликтовыми, т. е. их содержание не изменялось со времени формирования атмосферы. Кроме того, был выполнен комплекс измерений содержания серосодержащих и других малых компонентов атмосферы. Эти измерения подтвердили, что сера является основным элементом, определяющим состав венерианских облаков.
Главной целью космического эксперимента на искусственных спутниках Венеры автоматических межпланетных станциях "Венера-15" и "Венера-16" (1983 год) являлось радиолокационное картографирование поверхности северного полушария с помощью радиолокаторов бокового обзора. Впервые получены радиолокационные изображения северной приполярной области Венеры. На изображениях различаются кратеры, гряды, возвышенности, крупные разломы, горные хребты и детали рельефа размером 1-2 км. На спутниках были также установлены приборы для зондирования поверхности и атмосферы планеты в радиодиапазоне и инфракрасный Фурье-спектрометр, созданный учеными ГДР и СССР для исследования химического состава, строения, теплового режима и динамики атмосферы на высотах 55-100 км.
В декабре 1984г. с интервалом в 6 суток в Советском Союзе были запущены идентичные АМС "Вега-1" и "Вега-2". Каждая из этих станций состояла из пролетного и спускаемого аппаратов. Целью запуска явилось исследование Венеры с помощью спускаемых аппаратов и изучение кометы Галлея пролетными аппаратами с расстояния около 10000км. Спускаемый аппарат состоял из аэростатного зонда и посадочного аппарата. За двое суток до входа в атмосферу Венеры от пролетного аппарата отделился спускаемый аппарат, который при входе в атмосферу планеты разделился на аэростатный зонд и посадочный аппарат. 11 и 15 июля 1985 года впервые в атмосфере Венеры наполнились гелием оболочки аэростатов диаметром 3,4м (200 лет назад, в 1783 году, подобный эксперимент был выполнен на Земле братьями Жозефом и Жакком Монгольфье). Аэростатные зонды, рассчитанные на работу в течение двух земных суток, несли комплекс метеоприборов (датчик давления, два датчика температуры, анемометр для измерения вертикального компонента скорости ветра), нефелометр для измерения плотности аэрозоля и индикатор наличия световых вспышек. По сигналам, передаваемым аэростатами на пролетные аппараты и далее на Землю, с помощью 17 наземных радиотелескопов, расположенных на территории СССР, Европы, Северной и Южной Америки, Австралии, Африки, определялись координаты и скорость движения аэростатов. На каждом посадочном аппарате имелся комплекс из девяти приборов для исследования характеристик атмосферы и поверхности Венеры. Осуществление программы АМС "Вега1, 2" позволило впервые выполнить уникальный эксперимент по прямому измерению скорости ветра в верхней части венерианского облачного покрова.
В таблице2 приведен перечень пионерских измерений физических характеристик планеты Венера и ее околопланетного пространства.
Таблица2.Перечень пионерских измерений характеристик Венеры с АМС
| Исследования, измерения, проведенные с АМС | Название АМС | Год |
| Исследование околопланетной плазмы и магнитного поля вблизи планеты | Маринер-2 | 1962 |
| Измерения радиоизлучения в см-диапазоне | Маринер-2 | 1962 |
| Обнаружение углекислой атмосферы | Венера-4 | 1967 |
| Прямое измерение температуры и давления в подоблачной атмосфере | Венера-4 | 1967 |
| Измерение скорости ветра в атмосфере | Венера-4 | 1967 |
| Обнаружение у планеты водородной короны | Венера-4Маринер-5 | 1967 |
| Обнаружение у планеты ионосферы | Маринер-5 | 1967 |
| Прямое измерение содержания азота и водяного пара | Венера-5, 6 | 1969 |
| Прямое измерение температуры поверхности | Венера-7 | 1970 |
| Прямое измерение давления у поверхности | Венера-8 | 1972 |
| Изучение химического состава поверхности (U, K, Th) | Венера-8 | 1972 |
| Радиолокационное изучение рельефа и характеристик грунта в районе посадки | Венера-8 | 1972 |
| Измерение высоты верхней границы облаков | Маринер-10 | 1974 |
| Картографирование поверхности с АМС | Венера-9, 10 | 1975 |
| Измерение плотности грунта | Венера-10 | 1975 |
| Обнаружение пыли на поверхности | Венера-9, 10 | 1975 |
| Прямое измерение ионного состава верхней атмосферы | Пионер-Венера-1, 2 | 1978 |
| Определение теплового баланса в атмосфере | Пионер-Венера-1, 2 | 1978 |
| Доказательство отсутствия магнитного поля | Пионер-Венера-1, 2 | 1978 |
| Измерения содержания малых газовых компонентов атмосферы | Венера-11, 12; Пионер-Венера-1, 2 | 1978 |
| Обнаружение электрических разрядов в атмосфере | Венера-11, 12 | 1978 |
| Обнаружение тектонической деятельности | Пионер-Венера-1 | 1978 |
| Обнаружение кратеров на поверхности | Пионер-Венера-1 | 1978 |
| Получение топографической карты 90% поверхности | Пионер-Венера-1 | 1978 -1979 |
| Получение цветного изображения поверхности и венерианского неба | Венера-13, 14 | 1982 |
| Определение элементного состава грунта | Венера-13, 14 | 1982 |
| Определение содержания водяного пара в атмосфере | Венера-13, 14 | 1982 |
| Подтверждение того, что сера - основной элемент в составе облачного слоя | Венера-13, 14 | 1982 |
| Радиолокационная съемка поверхности и построение карт северного полушария планеты | Венера-15, 16 | 1984 |
| Исследование характеристик аэрозоля | Вега-1, 2 | 1985 |