Der Prozess der Erdgasbildung beginnt mit der Ablagerung, Bedeckung und Versenkung organikreicher Sedimente. In der Anfangsphase wird bis in eine Tiefe von etwa 1.000 m und bei Temperaturen von bis zu 80°C mikrobielles Erdgas durch Bakterien freigesetzt.
Im Verlauf des Versenkungsprozesses wird aus dem sich im Sediment gebildeten Kerogen bei Temperaturen zwischen 90 und 120°C zunächst Erdöl freigesetzt. Diesen Bereich nennt man das Erdölfenster. In Anschluss daran erfolgt die Freisetzung von Erdgas, bei Temperaturen zwischen 150 und 230 °C, im Bereich des Erdgasfensters.
Hier endet die Freisetzung, es erfolgt keine weitere Umsetzung aus dem verbleibenden hochkomplexen organischen Material.
Natürliches Erdgas setzt sich vorweigend aus brennbaren Kohlenwasserstoffen zusammen. Die wichtigsten Komponenten darunter sind:
Insbesondere in der deutschen Nordsee sind Gaszusammensetzungen mit hohen Anteilen nicht-brennbarer Komponenten, wie zum Beispiel Kohlendioxid (CO2, bis zu 30 %) und Stickstoff (N2, bis >70 %) bekannt.
Nasses Erdgas enthält außer Methan auch längerkettige Kohlenwasserstoff-Komponenten. In der Lagerstätte sind diese Komponenten noch im Erdgas gelöst, bei der Förderung an die Oberfläche werden sie flüssig und separieren sich.
Trockenes Erdgas enthält ausschließlich gasförmige Komponenten; es entsteht in größerer Tiefe und bei hohen Temperaturen.
Saures Erdgas entsteht, wenn parallel zur Freisetzung von Kohlenwasserstoffen auch Schwefelwasserstoffgas (H2S) gebildet wird.