Ilmakehän polttoainesäiliö on polttoainesäiliötyyppi, joka ei ole paineistettu ja toimii ilmakehän paineessa tai lähellä sitä. Siinä on ilmanvaihtojärjestelmä, joka antaa säiliön "hengittää" - eli se voi päästää ilmaa sisään ja ulos tasapainottaakseen painetta polttoainetta kulutettaessa tai lämpötilan muuttuessa.
Toisin kuin paineistetut polttoainesäiliöt, jotka on tiivistetty ylläpitämään sisäistä painetta, ilmakehän säiliöissä on avoimia tai ohjattuja tuuletusaukkoja tyhjiön tai ylipaineen estämiseksi. Näitä säiliöitä käytetään yleisesti perinteisissä polttomoottoriautoissa, ja ne ovat yksinkertaisempia ja halvempia valmistaa. Ne vaativat kuitenkin huolellista suunnittelua polttoainehöyryn vuotojen estämiseksi ja ympäristömääräysten täyttämiseksi.
