沼氣的主要成分是甲烷。沼氣由50%-80%甲烷（CH4）、20%-40%二氧化碳（CO2）、0%-5%氮氣（N2）、小于1%的氫氣（H2）、小于0.4%的氧氣（O2）與0.1%-3%硫化氫（H2S）等氣體組成 。由于沼氣含有少量硫化氫，所以略帶臭味。其特性與天然氣相似。空氣中如含有8.6-20.8%（按體積計）的沼氣時，就會形成爆炸性的混合氣體。

沼氣的成份組成受發酵原料、發酵條件、發酵階段等多種因素影響。通常情況下，富碳原料所產沼氣中甲烷比例偏低，脂肪、蛋白質多的原料產的沼氣中甲烷比例較高；在甲烷菌菌群量大，環境條件利于甲烷菌活動時，所產沼氣中甲烷的比例高些，反之會低點；新建沼氣池初期所產沼氣中，甲烷比例偏低，隨著甲烷菌群數量的增加，甲烷所占比例也隨之提高。在正常使用的沼氣中，甲烷含量都在50％以上，低于40%雖能勉強點燃，但離開火種就會熄滅。