Bien que la composition de l'air sec diffère légèrement d'un endroit à l'autre, il est généralement composé d'environ 78 % d'azote et de 21 % d'oxygène. L'argon constitue la majeure partie du 1 % restant et le carbone le dioxyde et d'autres oligo-éléments composent le reste.
Si l'air n'est pas complètement sec, la vapeur d'eau peut représenter jusqu'à 5 % de sa composition. La présence d'eau ne modifie pas les proportions relatives des autres gaz.
Différentes couches de l'atmosphère contiennent des compositions d'air différentes. Par exemple, la vapeur d'eau est principalement contenue dans les couches d'air les plus basses, tandis qu'environ 90 pour cent de l'ozone de la Terre est contenu dans la stratosphère. Les éléments très légers hélium et hydrogène se trouvent principalement dans la couche externe, l'exosphère.