天然气主要成分为甲烷占比70%-90%，还含有少量乙烷、丙烷、丁烷等烃类气体，以及氮气、二氧化碳等非烃类杂质。当甲烷含量越高时，天然气密度越低；若重烃组分如丙烷、丁烷或非烃杂质含量增加，密度会相应上升。例如，纯甲烷的密度约为0.717千克/立方米，而含较多重烃的天然气密度可能接近0.90千克/立方米。
温度和压力对天然气密度有显著影响。根据理想气体定律，在压力不变时，温度升高会导致密度降低；在温度不变时，压力升高则密度增大。实际应用中，天然气通常需经压缩或液化处理：压缩天然气CNG的密度约为200-250千克/立方米，液化天然气LNG的密度则高达420-460千克/立方米，这也是其便于储存和运输的重要原因。与空气相比，天然气密度约为空气的0.55-0.75倍空气密度为1.293千克/立方米，因此泄漏后易向上扩散，这一特性对燃气安全设计具有重要意义。在工程计算中，常用相对密度天然气密度与空气密度的比值表示，一般为0.55-0.75。
准确测量天然气密度需采用专业仪器，如密度计或气相色谱仪，结合组分分析结果计算。这一参数在天然气贸易计量、管道设计、燃烧效率优化等领域均有直接应用，是保障天然气安全高效利用的基础数据。