天然气的主要成分是甲烷（CH₄），占绝大多数，此外还含有少量的乙烷（C₂H₆）、丙烷（C₃H₈）、丁烷（C₄H₁₀）等烷烃。除了这些碳氢化合物，天然气中还可能含有硫化氢（H₂S）、二氧化碳（CO₂）、氮气（N₂）、水蒸气（H₂O）和少量的一氧化碳（CO）以及微量的稀有气体，如氦（He）和氩（Ar）。

这些成分中，甲烷是最短和最轻的烃分子，是一种无色、无味、轻于空气的气体，常被用作燃料和液化气等。乙烷、丙烷和丁烷等烷烃也是天然气中的重要组成部分，它们在常温常压下通常以气态存在，但在某些条件下也可以转化为液态。硫化氢是一种毒性极强的气体，即使在空气中极少的含量也可以使人致死。二氧化碳和氮气等气体在天然气中含量较少，但它们对天然气的物理性质和化学性质有重要影响。水蒸气和一氧化碳在天然气中含量较少，但它们在某些情况下可能对人体健康构成威胁。稀有气体如氦和氩在天然气中含量非常少，但它们在工业和科学研究中具有重要应用。