空气中体积分数最高的气体是氮气，它大约占地球大气层的78%。氧气紧随其后，占大约21%，而稀有气体和其他杂质共同构成了剩余的1%。空气在自然状态下呈现无色无味。氧气对所有需氧生物至关重要，它是动物呼吸的必需品，同时也是植物进行光合作用释放氧气的重要原料，因此空气是植物二氧化碳的主要来源。在标准大气压和温度下，空气对可见光的折射率约为1.00029，这一值会随着气压、气温和空气成分的变化而变化，尤其是湿度对折射率的影响显著，进而影响光在空气中的速度。

氮气，化学式为N₂，是氮元素的一种单质形态。在常温常压下，它是一种无色无味的惰性气体。在高温高压和催化剂的作用下，氮气能够与氢气反应生成氨气。而在放电条件下，它能够与氧气反应生成一氧化氮。值得注意的是，即便是活泼金属如钙、镁、锶和钡，也只有在加热的情况下才能与氮气发生反应。从氮元素的氧化态-吉布斯自由能图可以看出，氮气（N₂）的氧化数为0，在图中处于最低能量状态，这表明N₂是氮化合物中最稳定的形态。