甲烷在地球上有很高的相对丰度，使之成为很有发展潜力的一种燃料，但在标准状态下收集以及存储气态的甲烷是一个十分有挑战性的课题。在自然状态下，甲烷可以在地底或者海底找到。在原始大气中，甲烷是主要成分之一。当代大气中的甲烷来自多种排放源，主要包括湿地，牛等反刍动物，油气开采与使用过程的泄漏，水稻田，废弃物及垃圾堆埋，白蚁窝，煤炭开采等。

自1750年以来，地球大气中的甲烷浓度增加了约150%，产生的辐射强迫占全球长寿命温室气体总辐射强迫的20%（不包括水蒸气）。甲烷的大气寿命长达9～10年，其主要去除途径是与OH反应。在对流层，甲烷与OH反应是臭氧形成的主要来源。因此，对流层甲烷是对流层臭氧的重要前体物。在平流层，甲烷分解提供了大约一半的水汽（H₂O），因此是平流层水汽和HO_x的重要来源。