Razlog ovom neobičnom fenomenu je specifičan geografski položaj. S lijeve strane ju od Atlantskog oceana dijeli pojas obalnih planina, a s desne ju nadvisuju Ande.
S obzirom na to da zapadne obale Južne Amerike zapljuskuje hladna Humboldtova struja more uz Čileansku obalu je hladno. Zbog toga su i isparavanja vode manja pa ne nastaju oblaci koji bi Atacami donjeli padavine.
Osim Humboldtove struje Atacama je suha i zbog još jednog fenomena tzv. “kišne sjene”. Zračne mase koje se kreću preko planinskih vrhunaca hlade se i gube sposobnost zadržavanja vode – zbog toga jedna strana planine dobiva dosta padavina a druga ostaje suha. Pri spuštanju na drugu stranu planine – u ovom slučaju pri spušanju u Atacamu – zračne mase se zagrijavaju čime raste njihova sposobnost zadržavanja vode – posljedično nema ni padavina. Bez obzira na to s koje strane zračne mase prodiru u Atacamu, s obzirom na to da je sa svih strana okružena planinama – njezino je tlo uvijek u „kišnoj sjeni“. Ande na istoku svojom visinom također zaustavljaju oblake koji bi ovom suhom krajoliku mogli donijeti kišu.
Zbog toliko malo padavina neki dijelovi Atacame imaju tlo neobično slično onom na Marsu, pa su tamo čak snimane i scene nekih filmova i serija o Crvenom planetu. Zanimljivo je i da se u jednom eksperimentu za otkrivanje života u Atacami koristilo istu tehnologiju koja je korištena na sondama Viking 1 i Viking 2 koje su sletjele na Mars. Kao ni na Marsu niti u tlu ove pustinje nisu otkriveni tragovi života.
U klimatskom smislu područje Atacame je aridno područje. Aridnost je svojstvo nekog područja da je u njemu količina eventualnih padavina manja od količine isparavanja.