天然气主要成分烷烃，其中甲烷占绝大多数，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氢、二氧化碳、氮和水气和少量一氧化碳及微量的稀有气体，如氦和氩等在标准状况下，甲烷至丁烷以气体状态存在，戊烷以上为液体甲烷是最短和最轻的烃分子
 
有机硫化物和硫化氢(H₂S)是常见的杂质，在大多数利用天然气的情况下都必须预先除去含硫杂质多的天然气用英文的专业术语形容为"sour(酸的)"
 
尽管天然气是无色无味的，然而在送到最终用户之前，还要用硫醇来给天然气添加气味，以助于泄漏检测天然气不像一氧化碳那样具有毒性，它本质上是对人体无害的不过如果天然气处于高浓度的状态，并使空气中的氧气不足以维持生命的话，还是会致人死亡的，毕竟天然气不能用于人类呼吸作为燃料，天然气也会因发生爆炸而造成伤亡
虽然天然气比空气轻而容易发散，但是当天然气在房屋或帐篷等封闭环境里聚集的情况下，达到一定的比例时，就会触发威力巨大的爆炸爆炸可能会夷平整座房屋，甚至殃及邻近的建筑甲烷在空气中的爆炸极限下限为5%，上限为15%
 
天然气车辆发动机中要利用的压缩天然气的爆炸，由于气体挥发的性质，在自发的条件下基本是不具备的，所以需要使用外力将天然气浓度维持在5%到15%之间以触发爆炸
 
甲烷燃烧方程式
 
完全燃烧：CH4+2O2===CO2+2H2O（反应条件为点燃）
 
甲烷+氧气→二氧化碳+水蒸气
 
不完全燃烧：2CH4+3O2=2CO+4H2O