Maa atmosfäär koosneb kihistunud gaasikihist, mida hoitakse gravitatsiooni tõttu paigas. Atmosfääriõhu peamisteks koostisosadeks on lämmastik, hapnik, argoon ja süsinikdioksiid. Lämmastik ja süsinikdioksiid on mõlemad eluks Maal hädavajalikud ning eluliselt tähtsad mitmete biokeemiliste protsesside jaoks, näiteks fotosüntees ja valgusüntees.
Lämmastik on perioodilise tabeli element aatomnumbriga 7. Lämmastiku tuum koosneb 7 positiivse laenguga prootonist ja tavaliselt 7 nulllaenguga neutronist. Elektriliselt neutraalse aatomi säilitamiseks tiirlevad kestade seerias tuuma ümber 7 elektroni. Lämmastik on toatemperatuuril gaas ja moodustab umbes 78 protsenti Maa atmosfäärist. Lämmastik veeldub -210,1 kraadi (-346,18 kraadi Fahrenheiti) juures, mis võimaldab seda kasutada krüogeensetes katsetes ja tegevustes.
Süsinikdioksiid on ühend, mille molekul koosneb ühest süsinikuaatomist ja kahest hapnikuaatomist. Süsiniku ja hapniku aatomite väliskestas olevad elektronid on kovalentsete sidemete moodustamiseks ühised. Süsinikdioksiid on toatemperatuuril gaas ja moodustab 0,03 protsenti Maa atmosfäärist. Süsinikdioksiid on ebatavaline selle poolest, et moodustab tahke aine, läbimata normaalse atmosfäärirõhu vedelat faasi. Seda protsessi nimetatakse sublimatsiooniks. Süsinikdioksiid sublimeerub kuiva jää moodustamiseks temperatuuril -56 ° C (-68,8 ° Fahrenheiti).
Fotosüntees, protsess, mille käigus taimed muundavad päikesevalgust glükoosisuhkruks, on üks põhilisemaid bioloogilisi reaktsioone, mis toimub Maal ja moodustab elu toiduahela põhjas, pakkudes keerukamatele organismidele, näiteks imetajatele, toit. Fotosünteesiks on vaja glükoosi sünteesimiseks looduslikku süsinikuallikat; see saadakse atmosfääri süsinikdioksiidgaasist. Fotosünteesi keemiline sõna võrrand on:
Lämmastik on bioloogiliste põhimolekulide, näiteks valkude ja nukleiinhapete oluline ehituskivi. Atmosfäärist pärinevat lämmastikgaasi püüavad kinni "lämmastikku siduvad" bakterid. Selle protsessi käigus muundatakse lämmastik ja vesinikgaasid ammoniaagiks, mida taimed saavad otse omastada. Alternatiivina laguneb ammoniaak mullas nitraatideks, mida ka taimed suudavad omastada. Taimed kasutavad ammoniaaki ja nitraate biokeemiliste molekulide, näiteks klorofülli, valkude ja nukleiinhapete sünteesimiseks. Lämmastikku saab paljude protsesside kaudu atmosfääri tagasi lasta. Mullas elavad denitrifitseerivad bakterid võivad muuta nitraadid gaasiliseks lämmastikuks. Teise võimalusena tarbivad loomad lämmastikku sisaldavaid molekule loomades, mille tulemuseks on lämmastikurikas väljaheide. Nitrifitseerivad bakterid lagundavad nendes jäätmetes sisalduvat ammoniaaki, muutes selle nitraatideks. Seejärel lagundavad denitrrifitseerivad bakterid need nitraadid gaasiliseks lämmastikuks. Need etapid moodustavad lämmastiku tsükli aluse.