Ионы, найденные зондом Кассини, имею очень низку плотность – один на 11 кубических сантиметров. Тем не менее, это означает, что у Дионы есть атмосфера. Ее плотность у поверхности спутника должна быть примерно равна плотности земной атмосферы на высоте 480 километров – заметно выше орбиты МКС. Важность открытия, однако, заключается не в том, что именно у этого объекта есть еле заметная атмосфера, а в том, что кислород становится все более обычным явлением в системе спутников Сатурна. Источником кислорода на Дионе скорее всего служит бомбардировка ледяной поверхности луны фотонами или частицами космических лучей, но у него может быть и геологическое происхождение.