空氣中的主要成分有氮氣和氧氣，但是還有稀有氣體（氦、氖、氬、氪、氙、氡）、二氧化碳以及其他物質（如水蒸氣、雜質等）組合而成。其中氮氣的體積分數約為78%，氧氣的體積分數約為21%，稀有氣體（氦、氖、氬、氪、氙、氡）的體積分數約為0.934%，二氧化碳的體積分數約為0.04%，其他物質（如水蒸氣、雜質等）的體積分數約為0.02%。空氣的組成比例隨高度、氣壓而改變。歷史上人類曾認為空氣是一種單一物質，直到法國科學家拉瓦錫通過實驗首先得出了空氣是由氧氣和氮氣組成的結論。19世紀末，科學家們又通過大量的實驗發現，空氣裏還有氦、氬、氙等稀有氣體。
空氣在自然狀態下空氣是無色無味的。空氣中的氧氣對於所有需氧生物來説是必須的。所有動物都需要呼吸氧氣，綠色植物的呼吸作用也需要氧氣。此外綠色植物利用空氣中的二氧化碳進行光合作用，空氣幾乎是所有植物所需二氧化碳的唯一來源。
空氣是多種氣體的混合物。它的恆定組成部分為氧氣、氮氣、稀有氣體，可變組成部分為二氧化碳和水蒸氣，它們在空氣中的含量隨地理位置和温度不同在很小限度的範圍內會微有變動。至於空氣中的不定組成部分，則隨不同地區變化而有不同，例如，靠近冶金工廠的地方會含有二氧化硫，靠近氯鹼工廠的地方會含有氯等等。此外空氣中還有微量的氫氣、臭氧、氧化二氮、甲烷以及或多或少的塵埃。實驗證明，空氣中恆定組成部分的含量百分比，在海拔100 km以內幾乎不變。以體積含量計，氧約佔20.95%，氮約佔78.09%，稀有氣體約佔0.934%。一般説來，空氣的成分是比較固定的。這對於人類和其它動植物的生存是非常重要的。但隨着現代化工業的發展，排放到空氣中的有害氣體和煙塵，改變了空氣的成分，造成了對空氣的污染。被污染了的空氣會嚴重地損害人體的健康，影響作物的生長，造成對自然資源以及建築物等的破壞。
