天然氣主要成分烷烴，其中甲烷佔絕大多數，另有少量的乙烷、丙烷和丁烷，此外一般有硫化氫、二氧化碳、氮和水氣和少量一氧化碳及微量的稀有氣體，如氦和氬等。在標準狀況下，甲烷至丁烷以氣體狀態存在，戊烷以上為液體。甲烷是最短和最輕的烴分子。有機硫化物和硫化氫(H₂S)是常見的雜質，在大多數利用天然氣的情況下都必須預先除去。含硫雜質多的天然氣用英文的專業術語形容為"sour(酸的)"。儘管天然氣是無色無味的，然而在送到終端使用者之前，還要用硫醇來給天然氣新增氣味，以助於洩漏檢測。天然氣不像一氧化碳那樣具有毒性，它本質上是對人體無害的。不過如果天然氣處於高濃度的狀態，並使空氣中的氧氣不足以維持生命的話，還是會致人死亡的，畢竟天然氣不能用於人類呼吸。作為燃料，天然氣也會因發生爆炸而造成傷亡。雖然天然氣比空氣輕而容易發散，但是當天然氣在房屋或帳篷等封閉環境裡聚集的情況下，達到一定的比例時，就會觸發威力巨大的爆炸。爆炸可能會夷平整座房屋，甚至殃及鄰近的建築。甲烷在空氣中的爆炸極限下限為5%，上限為15%。天然氣車輛發動機中要利用的壓縮天然氣的爆炸，由於氣體揮發的性質，在自發的條件下基本是不具備的，所以需要使用外力將天然氣濃度維持在5%到15%之間以觸發爆炸。