在自然狀態下，甲烷可以在地底下或者海底找到，大氣中也含有甲烷，這些甲烷稱為大氣甲烷[4]。在原始大氣中，甲烷是主要成分之一。自1750年以來，地球大氣中的甲烷濃度增加了約150％，造成的全球暖化效應並佔總長壽命輻射以及全球所有溫室氣體的20％（不包括水蒸氣）[5]。在太空中，不少星體的表面和大氣中也有甲烷。
甲烷的結構是由一個碳和四個氫原子透過sp3混成的方式化合而成，而且是所有烴類物質中，含碳量*小，且含氫量*大的碳氫化合物，因此甲烷分子的分子結構是一個正四面體的結構，碳大約位於該正四面體的幾何中心，氫位於其四個頂點，且四個碳氫鍵的鍵的鍵角相等、鍵長等長。標準狀態下的甲烷是一種無色無味的氣體[6]。一些有機物在缺氧情況下分解時所產生的沼氣主要成分就是甲烷。