沼气的主要成分是甲烷和二氧化碳，是厌氧生物处理系统中产生的一种混合气体。在混合系统中很难测定各种成分的浓度，在实践中通常根据经验数据进行估算。例如，甲烷一般是占45%～80%，通常以55%～60%常见，二氧化碳一般是占20%～45%，通常以30%常见，沼气中甲烷和二氧化碳的含量达85%～98%。厌氧消化装置新产出的沼气是含饱和水蒸气的混合气体，除含有气体燃料甲烷和惰性气体二氧化碳外，还含有一定比例的硫化氢、水蒸气，少量的NH3，痕量的H2、N2、O2、CO以及CH4以外的其他烃类化合物（CmHn），占2%左右。如表所列，是国内外一些处理厂的沼气成分。

氢气是厌氧消化过程中重要的中间产物，也是合成甲烷的主要前提之一，含量约占0.5%～3%，这是由于氢气与二氧化碳合成甲烷的生化反应较容易进行，因此，在沼气中氢气的含量非常有限。硫化氢是在厌氧条件下含硫有机物的脱硫产物。在中性条件下，一般沼气中硫化氢的含量很少，一般含量约为0.01%～0.05%。但当系统的pH值相对较低时，沼气中的硫化氢含量则会高达0.1%～0.2%，甚至更高。一氧化碳是少数生化反应的产物，其含量一般不会多于1.5%。N2一般是硝酸盐和亚硝酸盐的还原产物，也可能通过进料而引入，在温度升高后进入沼气，或者因集气室气密性不好而有空气渗入，含量约为1%～5%。O2一般由进料中的溶解氧升温逸出或空气渗入而来，含量一般为0～3%。除甲烷以外的其他烃类化合物可能由废水带入系统，升温后进入沼气。在厌氧消化反应器上方的沼气中的水蒸气处于饱和状态，在输送过程中，随温度的逐渐降低而不断冷凝析出。

沼气在使用过程必须注意安全，其各组分有关的理化特性见表。

沼气的净化是指去除沼气中甲烷之外的其他气体。沼气的用途决定沼气的净化程度。比如，沼气作汽车燃料需要脱硫化氢、水蒸气、有机卤化物、二氧化碳，沼气并网需要脱硫化氢、水蒸气、有机卤化物、二氧化碳以及金属，沼气供热需要脱硫化氢、水蒸气，沼气发电需要脱硫化氢、水蒸气、有机卤化物。但是，不管是什么用途，沼气中的水蒸气和硫化氢都要脱除。