დედამიწის ატმოსფერო გაზების სტრატიფიცირებული შრისგან შედგება, რომლებიც სიმძიმის გამო ინახება. ატმოსფერული ჰაერის ძირითადი შემადგენელი არის აზოტი, ჟანგბადი, არგონი და ნახშირორჟანგი. აზოტი და ნახშირორჟანგი ორივე აუცილებელია დედამიწაზე სიცოცხლისთვის და სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია მთელი რიგი ბიოქიმიური პროცესებისთვის, როგორიცაა ფოტოსინთეზი და ცილების სინთეზი.
აზოტი არის პერიოდული სისტემის ელემენტი, ატომური რიცხვი 7. აზოტის ბირთვი შედგება 7 პროტონისგან, რომელსაც აქვს დადებითი მუხტი და ჩვეულებრივ, 7 ნეიტრონი ნულოვანი მუხტით. ელექტრონულად ნეიტრალური ატომის შენარჩუნების მიზნით, 7 ელექტრონი ბირთვში ბრუნავს მთელი რიგი გარსებით. აზოტი არის გაზი ოთახის ტემპერატურაზე და შეადგენს დედამიწის ატმოსფეროს დაახლოებით 78 პროცენტს. აზოტის გათხევადება -210,1 გრადუს ცელსიუსზე (-346,18 გრადუსი ფარენგეიტი), რაც საშუალებას იძლევა გამოიყენოთ იგი კრიოგენულ ექსპერიმენტებსა და საქმიანობებში.
ნახშირორჟანგი არის ნაერთი, რომელსაც აქვს მოლეკულა, რომელიც შედგება ერთი ნახშირბადის ატომიდან და ორი ჟანგბადის ატომიდან. ნახშირბადის და ჟანგბადის ატომების გარე გარსში ელექტრონები ნაწილდება და ქმნის კოვალენტურ კავშირებს. ნახშირორჟანგი არის გაზი ოთახის ტემპერატურაზე და შეადგენს დედამიწის ატმოსფეროს 0,03 პროცენტს. ნახშირორჟანგი არაჩვეულებრივია იმით, რომ მყარს ქმნის მყარი ნორმალური წნევის დროს თხევადი ფაზის გავლის გარეშე. ეს პროცესი სუბლიმაციის სახელითაა ცნობილი. ნახშირორჟანგი იმატებს მშრალი ყინულის წარმოქმნით -56 გრადუსი ცელსიუსით (-68.8 გრადუსი ფარენგეიტით) ტემპერატურაზე.
ფოტოსინთეზი, პროცესი, რომლის დროსაც მცენარეები გარდაქმნიან მზის სინათლეს გლუკოზის შაქრად, წარმოადგენს ერთ-ერთ ყველაზე ფუნდამენტურ ბიოლოგიურ რეაქციას, ხდება დედამიწაზე და ქმნის ცხოვრების საფუძველს კვების ჯაჭვის ბოლოში, რაც უზრუნველყოფს უფრო რთულ ორგანიზმებს, მაგალითად, ძუძუმწოვრებს, საკვები ფოტოსინთეზისთვის საჭიროა ნახშირბადის ბუნებრივი წყარო, გლუკოზის სინთეზის მიზნით; იგი ამას ატმოსფერული ნახშირორჟანგის გაზისგან იღებს. ფოტოსინთეზის ქიმიური სიტყვის განტოლებაა:
აზოტი არის ფუნდამენტური ბიოლოგიური მოლეკულების, მაგალითად, ცილებისა და ნუკლეინის მჟავების, მნიშვნელოვანი შენობა. აზოტის გაზს ატმოსფეროდან იპყრობს "აზოტის დამაფიქსირებელი" ბაქტერიები. ამ პროცესის დროს აზოტისა და წყალბადის გაზები გარდაიქმნება ამიაკად, რომლის საშუალებითაც მცენარეებს უშუალოდ შეუძლიათ ათვისება. გარდა ამისა, ამიაკი ნიადაგში იშლება ნიტრატებად და მცენარეების შთანთქმაც შეიძლება. მცენარეები იყენებენ ამიაკს და ნიტრატებს ბიოქიმიური მოლეკულების, მაგალითად, ქლოროფილის, ცილების და ნუკლეინის მჟავების, სინთეზისთვის. აზოტის გამოთავისუფლება შესაძლებელია ატმოსფეროში მთელი რიგი პროცესების საშუალებით. ნიადაგში მცხოვრები ბაქტერიების დენიტრიფიკაციას შეუძლია ნიტრატები აზოტის გაზად გადააკეთოს. გარდა ამისა, მცენარეებში აზოტის შემცველი მოლეკულების მოხმარება ხდება ცხოველების მიერ, რის შედეგადაც გამოიყოფა აზოტით მდიდარი ექსკრემენტები. ნიტრიფიკაციული ბაქტერიები ამ ნარჩენებში ამიაკს ანადგურებს და ნიტრატებად აქცევს. დენიტრიფიცირებადი ბაქტერიები შემდეგ ამ ნიტრატებს ანადგურებს აზოტის გაზად. ეს ნაბიჯები წარმოადგენს აზოტის ციკლის საფუძველს.