Ponieważ atmosfera Merkurego jest cienka, nie ma warstwy powietrza, która wyrównywałaby temperaturę na powierzchni planety. Temperatura powierzchni waha się od bardzo niskiej, -183ºC na biegunach, do bardzo wysokiej, 427ºC na równiku w ciągu dnia. W nocy ciepło szybko wypromieniowuje z nagich skał i temperatura powierzchni może spadać nawet do -200ºC. Ponieważ odległość Merkurego od Słońca zmienia się bardzo znacznie, kiedy wędruje on po swej ekscentrycznej orbicie, ilość ciepła i światła, która dociera do planety ze Słońca, zwiększa się lub zmniejsza więcej niż dwukrotnie, a zatem temperatura w danym momencie dnia na dowolnej szerokości geograficznej jest również ogromnie zróżnicowana.
Pospolite metale, takie jak ołów czy cyna, stopiłyby się na równiku Merkurego, plastik również by się stopił albo rozłożył. To oczywiste, że skończyłoby się to fatalnie dla instrumentów elektrycznych posiadających elementy pokryte plastikiem oraz druty lutowane, chyba że zrobiono by coś, co by ten problem złagodziło – jak dotąd nie wymyślono jednak niczego, co byłoby wykonalne i wystarczająco dobre. Nawet pojazdy kosmiczne krążące wokół Merkurego (orbitery) z trudem radzą sobie z ciepłem Słońca, mimo że potrafią przekierować się w przestrzeni, tak aby ustawić się za osłoną termiczną. Statek kosmiczny, który mógłby wylądować na powierzchni (lądownik) albo się po niej poruszać (łazik), nie jest w stanie działać w takich warunkach.
Od czasu do czasu Merkurego otacza atmosfera w postaci pary. Jej źródłem są zderzające się z nim komety. Zawierają one dużo lodu wodnego, który topi się i paruje, kiedy kometa uderza w powierzchnię Merkurego. Na krótko para spowija całą planetę. Do dna niektórych głębokich kraterów w strefie okołobiegunowej nigdy nie dociera światło słoneczne; są one wyjątkiem od reguły, zgodnie z którą powierzchnia Merkurego jest gorąca w ciągu dnia. Dno kraterów nigdy nie ogrzewa się powyżej -160ºC. Jest tam tak zimno, że część pary wodnej z roztrzaskanych komet podlega kondensacji, po czym wytwarzają się płaty lodowe, w niektórych miejscach grube na kilka metrów, wieczna zmarzlina. Lód po raz pierwszy wypatrzono dzięki temu, że w specyficzny sposób odbija on fale wysyłane przez radar. Istnienie lodowych płatów potwierdziła w 2008 roku sonda Messenger. Odkrycie, że woda może przetrwać w postaci lodu na najgorętszej planecie, położonej najbliższej Słońca, było dla astronomów niespodzianką. Czegoś takiego nie brali pod uwagę.
Powierzchnia Merkurego, podobnie jak Księżyca, jest mocno poorana kraterami. Gdyby można było przyjrzeć się krajobrazowi Merkurego z dobrze zaizolowanego lądownika – nieważne, czy obserwowałby go bezpośrednio dzielny kosmonauta, czy też wykorzystano by do tego celu zdalną kamerę – opisy scenerii przypominałyby te, jakich dostarczyli nam astronauci z Apollo (rozdział 5.). Na Merkurym znajdują się kratery wszelkich rozmiarów. Największy z nich to Caloris Planitia o średnicy 1300 kilometrów, dorównujący pod względem wymiarów niektórym morzom księżycowym (zwanym maria) – okrągłym, szarym równinom, które można dostrzec, obserwując Księżyc przez lornetkę, a nawet gołym okiem. Tak jak wielkie kratery na Księżycu, Caloris Planitia ma płaskie dno, jest wypełniony lawą i otoczony pierścieniem gór wysokich na 2000 metrów. Położony jest na równiku Merkurego, gdzie Słońce świeci najsilniej, w najgorętszym regionie planety. Caloris Planitia zwany jest inaczej Równiną Żaru.
Caloris ma ponad 250 kilometrów średnicy5 i uformował się w wyniku uderzenia wielkiej asteroidy o średnicy około 100 kilometrów. Była to asteroida mniej więcej dziesięć razy większa od tej, która spowodowała wymarcie dinozaurów na Ziemi. Uderzenie wywołało fale sejsmiczne. Rozeszły się one po całej planecie, a będące ich efektem trzęsienia „ziemi” na Merkurym porozrzucały skały po przeciwległej stronie planety; na antypodach zapanował chaos. Został w ten sposób uformowany rozległy górzysto-pagórkowaty obszar nazwany Dziwnym Terenem. Fale sejsmiczne odbiły się od najodleglejszych regionów Merkurego, wypełniając planetę niezwykłymi odgłosami charakterystycznymi dla aktywności sejsmicznej; przez wiele godzin, a nawet dni Merkury dźwięczał jak dzwon. Impuls energii roztrzaskał powierzchnię planety, wyzwalając z jej wnętrza stopioną lawę. Zderzenie wywołało erupcję wulkanów; duże obszary, które zalała lawa, są w przeciwieństwie do pagórkowatego Dziwnego Terenu gładkimi równinami. Impakt wstrząsnął też górami Merkurego. Po ich zboczach osuwały się potężne masy skalne. Dostrzegalne na obszarze całej planety konsekwencje uderzenia, które uformowało Caloris Planitia, pokazują, jak straszliwy był ten kosmiczny impakt i jak ogromny miał wpływ na całokształt wydarzeń. Uderzając w Merkurego, asteroida zatrzęsła nim do głębi. Gdyby była większa, mogłaby dosłownie roztrzaskać merkuriański świat.
Wydaje się, że można wyróżnić dwa okresy, kiedy asteroidy spadały na Merkurego w dużych ilościach. Pierwszy to czas zamieszania w następstwie formowania się Układu Słonecznego, czas, kiedy tworzyły się planety. Planetozymale, czyli potencjalne planety, przyciągały i gromadziły małe fragmenty skalne, które powstały w materiale odrzuconym przez protosłońce, to znaczy w materiale, jaki oddzielił się od Słońca w trakcie jego gęstnienia. Tak więc Układ Słoneczny był wówczas pełen brył różnej wielkości.
Niektóre z tych brył połączyły się, tworząc ciała o rozmiarach asteroid. Pozostało jednak wiele mniejszych fragmentów, kawałków, które można by określić jako niewielkie głazy albo kamienie. Część z tych odprysków przetrwała i wciąż orbituje w Układzie Słonecznym. Od czasu do czasu takie prymitywne bryły skalne spadają na Ziemię; to meteoryty szczególnego rodzaju zwane chondrytami. Mają 4568 miliardów lat, co wyliczono na podstawie badania produktów rozpadu promieniotwórczego w skałach. Pierwiastki promieniotwórcze i ich produkty zostają uwięzione w skałach podczas ich twardnienia i rozkładają się w tempie, które daje się dokładnie zmierzyć w laboratorium. Astronomowie zakładają, że Układ Słoneczny narodził się, kiedy stwardniały skały. Biorąc pod uwagę, jak dawno się to wydarzyło, precyzyjność tej daty jest zadziwiająca.
W czasie pierwszego okresu tworzenia się kraterów na Merkurym uderzenia brył skalnych i asteroid uformowały kratery wszelkich rozmiarów, od najmniejszych do największych. Natomiast w drugim okresie kraterotwórczym niewspółmiernie duża była liczba atakujących wielkich asteroid, jako że mniejsze zostały już wyeksploatowane lub połączyły się z większymi, i w rezultacie powstające wówczas kratery były na ogół większe. Ten okres jest znany jako Wielkie Bombardowanie.
Wielkie Bombardowanie miało miejsce około 3,9 miliarda lat temu i około 600 milionów lat po uformowaniu się Układu Słonecznego. Wnioski na temat tego, kiedy doszło do bombardowania, wyciągnięto na podstawie próbek nie z Merkurego, lecz z Księżyca. Ustalono to, odczytując wiek skał zebranych na Księżycu. Skały pochodzą z trzech źródeł.
W latach siedemdziesiątych dwudziestego wieku około 300 gramów gruntu księżycowego pobrały i odesłały na Ziemię trzy automatyczne sondy działające w ramach radzieckiego programu Łuna. Małe sondy wysłane wówczas na Księżyc wykonały miękkie lądowanie na jego powierzchni. Każda z nich wysunęła robotyczne ramię, pobrała próbkę gruntu i umieściła ją w kapsule powrotnej, którą następnie wystrzeliła w kierunku Ziemi. Misja kończyła się lądowaniem wyposażonej w spadochron kapsuły na rosyjskich stepach.
Mniej więcej w tym samym czasie astronauci uczestniczący w programie Apollo pobrali za pomocą szczypiec i łopatek około pół tony skał księżycowych, umieścili je w ponumerowanych torbach i zapakowali do aluminiowych pojemników podobnych do walizek, które osobiście