Khí tự nhiên là một trong những nguồn năng lượng sạch và quan trọng nhất hiện nay. Thành phần chính của khí tự nhiên là metan (CH4), chiếm từ 70% đến 90% tổng thể khí. Metan là một hợp chất hữu cơ đơn giản, bao gồm một nguyên tử cacbon liên kết với bốn nguyên tử hydro. Ngoài metan, khí tự nhiên còn chứa các thành phần phụ khác như etan, propan, butan, các khí hiếm và một lượng nhỏ các hợp chất lưu huỳnh, nitơ, carbon dioxide. Sự phân bổ các thành phần này tùy thuộc vào nguồn khai thác cũng như các quá trình xử lý trong công nghiệp.

Trong quá trình sử dụng khí tự nhiên làm nhiên liệu, metan đóng vai trò quyết định đối với hiệu suất năng lượng và mức độ thân thiện với môi trường. Do metan có tỷ lệ hydro cao so với cacbon, khi đốt cháy khí tự nhiên sản phẩm chủ yếu thu được là nước và khí carbon dioxide, nhưng với lượng khí nhà kính sinh ra thấp hơn rất nhiều so với than đá hay dầu mỏ. Nhờ tính chất này, khí tự nhiên đang trở thành sự lựa chọn ưu tiên cho phát điện, sinh hoạt, và đặc biệt là giao thông vận tải ở nhiều quốc gia.

Bên cạnh chức năng là nguồn năng lượng, khí tự nhiên còn được sử dụng rộng rãi làm nguyên liệu đầu vào trong sản xuất hóa chất như amoniac, methanol và nhiều sản phẩm hữu cơ khác. Quá trình khai thác, vận chuyển và sử dụng khí tự nhiên đều cần đảm bảo an toàn, kiểm soát rò rỉ metan vì đây là loại khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh. Tuy nhiên, nếu được kiểm soát tốt, khí tự nhiên không chỉ giúp giảm lượng phát thải mà còn góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế trong quá trình chuyển đổi năng lượng toàn cầu.