地球の大気は、重力によって所定の位置に保持されているガスの層状層で構成されています。 大気の主成分は、窒素、酸素、アルゴン、二酸化炭素です。 窒素と二酸化炭素はどちらも地球上の生命に不可欠であり、光合成やタンパク質合成などの多くの生化学的プロセスに不可欠です。
窒素は、原子番号7の周期表の元素です。 窒素の原子核は、正電荷を持つ7つの陽子と、通常はゼロ電荷を持つ7つの中性子で構成されています。 電気的に中性の原子を維持するために、7つの電子が一連の殻の中で原子核を周回します。 窒素は室温のガスであり、地球の大気の約78パーセントを占めています。 窒素は摂氏-210.1度（華氏-346.18度）で液化し、極低温実験や活動での使用を可能にします。
二酸化炭素は、1つの炭素原子と2つの酸素原子からなる分子を持つ化合物です。 炭素原子と酸素原子の外殻の電子は共有結合を形成するために共有されます。 二酸化炭素は室温のガスであり、地球の大気の0.03パーセントを占めています。 二酸化炭素は、通常の大気圧で液相を通過せずに固体を形成するという点で珍しいものです。 このプロセスは昇華として知られています。 二酸化炭素は昇華して、摂氏-56度（華氏-68.8度）の温度でドライアイスを形成します。
植物が太陽光をブドウ糖に変換するプロセスである光合成は、最も基本的な生物学的反応の1つを構成します。 地球上で起こり、食物連鎖の最下部で生命の基盤を形成し、哺乳類などのより複雑な生物に次の供給を提供します。 食物。 光合成は、グルコースを合成するために天然の炭素源を必要とします。 これは大気中の二酸化炭素ガスから得られます。 光合成の化学語の方程式は次のとおりです。
窒素は、タンパク質や核酸などの基本的な生体分子の重要な構成要素です。 大気中の窒素ガスは、「窒素固定」バクテリアによって捕らえられます。 この過程で、窒素ガスと水素ガスは、植物が直接吸収できるアンモニアに変換されます。 あるいは、アンモニアは土壌中で腐敗して硝酸塩になり、植物も吸収することができます。 植物は、アンモニアと硝酸塩を使用して、クロロフィル、タンパク質、核酸などの生化学的分子を合成します。 窒素は、いくつかのプロセスを介して大気中に放出されます。 土壌に生息する脱窒菌は、硝酸塩を窒素ガスに変換することができます。 あるいは、植物内の窒素含有分子は動物によって消費され、窒素が豊富な排泄物をもたらします。 硝化細菌はこの廃棄物中のアンモニアを分解し、硝酸塩に変換します。 次に、脱窒細菌はそれらの硝酸塩を窒素ガスに分解します。 これらのステップは、窒素循環の基礎を形成します。