חמצן (O2) ופחמן דו חמצני (CO2) הם שניהם גזים אטמוספריים הנחוצים לחיים. לכל אחד מהם תפקיד מרכזי בשני מסלולי חילוף חומרים ביולוגיים חשובים. צמחים לוקחים CO2 ומפרקים אותו בפוטוסינתזה, ומייצרים O2 כתוצר לוואי. בעלי חיים נושמים O2 ומשתמשים בו לנשימה תאית, מייצרים אנרגיה ו- CO2.
ל- CO2 ול- O2 מבנים מולקולריים שונים. חמצן מורכב משתי מולקולות חמצן, ואילו פחמן דו חמצני מורכב משתי מולקולות חמצן הקשורות למולקולת פחמן מרכזית.
ל- CO2 יש יותר מסה מאשר ל- O2. המשקל המולקולרי של CO2 הוא 44 גרם לשומה, ואילו המשקל המולקולרי של חמצן הוא 32 גרם לשומה. למרות ש- CO2 הוא כבד יותר מ- O2, הגזים אינם נפרדים לשכבות באטמוספירה. הסעה ודיפוזיה שומרים על גזים אטמוספריים שונים מעורבים.
O2 תומך בעירה. שריפה או בעירה מתרחשת כאשר דלק מגיב עם חמצן ומפיץ חום. יש צורך בניצוץ קטן או בפרץ חום כדי להתחיל בתגובה זו. אם חמצן אינו קיים, הבעירה אינה יכולה להתרחש. לעומת זאת, CO2 אינו דליק ואינו תומך בעירה. למעשה, שמיכת אש עם CO2 יכולה לכבות אותה על ידי הרעבתה מה- O2 שהיא צריכה להמשיך ולשרוף.