האטמוספירות של כוכבי הלכת הענקיים מכוסות בעננים ואובך, כה עבים עד שאיננו יכולים לראות את פני השטח של עולמות אלה. העננים בכל ארבעת כוכבי הלכת הענקיים מאורגנים במערכות של חגורות כהות ובאזורים בהירים ה
נמצאים במקביל לקו המשווה שלהם. ניתן לראותם בדרך הטובה ביותר בצדק ובשבתאי. מדענים האמינו שהעננים בכוכבי הלכת הגזיים מורכבים בעיקר מגבישי קרח: אמוניה קפואה, אמוניום, חומצה גופריתית ומים. תרכובות אלה אינן מייצגות את המרכיבים העיקריים של מימן והליום. הם מרכיבים קטנטנים שהתעבו באטמוספרות, באותו אופן שבו מרכיב קטן, אדי מים, מתעבה באטמוספרה של כדור הארץ.
צבעים ותבניות עננים חושפים את התנאים השוררים באטמוספרה של הפלנטות. ההבדלים בין צורות העננים והצבעים של כוכבי הלכת הענקיים מוסברים על ידי הבדלים בטמפרטורות של אטמוספריות, בהרכב הכימי ובמבנה. בצדק ושבתאי, האזורים הבהירים הם בצבע לבנבן או צהבהב, וצבעי החגורות כהות הן אפור, חום חום-אדמדם. החגורות הצבעוניות בעננים – כוללות גופרית, זרחן, ותרכובות אורגניות – המכתיבות את צבעי עננים אלה. המילה אורגנית אינה מרמזת על נוכחות חיים, אלא רק מתארת את הכימיה המורכבת של קשרי פחמן-מימן בעננים של כוכבי הלכת האלה. זכרו בתמונות רבות של האטמוספרות בפלנטות הענקיות הצבעים עברו "תיקונים" קוסמטיים. הצבעים האמתיים של כוכבי הלכת הענקיים הם עדינים למדי.
העננים של אורנוס אינם ברורים, כי הם מוסתרים תחת אטמוספירה עבה ומעורפלת. הצבעים הכחולים של אורנוס ונפטון נגרמים על ידי שתי תופעות: ראשית, בליעת האור האדום על ידי מתאן, שהוא מרכיב חשוב באטמוספירה שמעל העננים. שנית, אותו פיזור של אור כחול שקיים באטמוספירה של כדור הארץ מתרחש גם בכוכבי לכת ענקיים אלה. הצבע הכחול בולט פחות בצדק ושבתאי כי מעל העננים שלהם נמצא ערפל המכיל פחות מתאן.
העננים בפלנטות הגזיות הם דינמיים; נמצאים בתנועה מתמדת. אפילו בטלסקופ קטן ניתן לראות שחגורות העננים של צדק משתנות. העננים משתנים מחודש לחודש ומשנה לשנה בעקבות התנועות הסוערות של האטמוספירה, בדיוק כמו עננים בכדור הארץ, המשתנים מיום ליום. החיישנים של וויאג'ר אספו נתונים על הרוחות בצדק. נמצא שהרוחות באזור קו המשווה נושבות מזרחה במהירויות של 150 מטר לשנייה (500 קמ"ש) מהר יותר מהתנועות של העננים בחגורות המשווניות הכהות. בשבתאי ההבדלים בין מהירויות הרוח בחגורות סמוכות גדולים אף יותר. מהירות הרוח לאורך קו המשווה מגיעה עד 450 מטר לשנייה (1800 קמ"ש) מהר יותר מאשר בחגורות השכנות. הצבעים, קווי החיתוך בין החגורות, וגושי עננים המתרחבים ומתכווצים יוצרים תבניות מרתקות של צבע, המזכירים ציורים מופשטים.
באדיבות NASA
התכונה המפורסמת והדרמטית ביותר על כל כוכבי הלכת הענקיים היא הכתם האדום הגדול של צדק, זוהי סופת הוריקן סגלגלה. הכתם מתקיים כבר 330 שנים לפחות, מאז ימי קאסני שדיווח עליו לראשונה בשנת 1665. הכתם האדום הגדול התחזק סביב 1887, כאשר התגלה מחדש וניתן לו שמו הנוכחי. הכתם האדום גדול פי שלוש מקוטר כדור הארץ! כתם זה ונקודות קטנות יותר הם כנראה סופות הוריקן. עננים קטנים המתקרבים ל"נקודה האדומה" נעים בתנועה מעגלית כנגד כיוון השעון, כמו עלים במערבולת ענקית. בשנים האחרונות נוצרו כתמים אדומים קטנים יותר (בחלק מהמקרים צבעם לבן), ואז התמזגו יחד ונעלמו. תגליות המעידות שצדק הוא עדיין פלנטה פעילה המזמנת הפתעות אטמוספריות.
בנוסף להוריקנים מתקיימת בצדק פעילות חשמלית אינטנסיבית בשל מערכת הסופות המתחוללת על פניו. תמונות מהצד החשוך של צדק חשפו פיצוצים אדירים וברקים בין העננים. מצלמת הגשושית זיהתה גם קרינת רדיו קבועה ממערכת ברקים מרוחקת. צורות הברקים בצדק נאות ונמרצות יותר מאלו שעל פני כדור הארץ, אך כמותם ליחידת שטח קטנה יותר בהשוואה לכדור הארץ. וויאג'ר צילם גם תצוגות זוהר קוטב בשני קטבי הפלנטה: הצפוני והדרומי, בדומה לאלה של כדור הארץ. זוהר המופיע גבוה מעל העננים באזורי הקוטב של צדק. באטמוספירה של שבתאי קיימים פחות ברקים ופחות זוהר בקטבים, והאטמוספרות של אורנוס ונפטון פחות פעילות.
מודלים של מערכות מזג אוויר של כוכבי לכת ענקים הוא מבחן טוב להבנת האקלים שלנו, וזרימת האוויר בפלנטה שלנו. תחום פעיל במיוחד של המחקר המדעי הנוכחי משתמש במודלים תיאורטיים כדי להשוות את זרימת האטמוספירה של צדק עם האטמוספירה הארצית. מדוע מערבולות ציקלוניות בולטות יותר בצדק מאשר בכדור הארץ? למה סופות נמשכות מאות שנים על צדק, אבל רק שבועות על כדור הארץ? כיצד זורמת אנרגיה דרך אטמוספרות בעלת מרכיבים שונים? התשובות לשאלות אלו ודומות עשויות לשפר את הבנתנו גם ביחס לכדור הארץ.