Žemės atmosfera susideda iš sluoksniuoto dujų sluoksnio, kurie laikomi vietoje dėl gravitacijos. Pagrindinės atmosferos oro sudedamosios dalys yra azotas, deguonis, argonas ir anglies dioksidas. Azotas ir anglies dioksidas yra būtini gyvybei Žemėje ir yra gyvybiškai svarbūs daugeliui biocheminių procesų, tokių kaip fotosintezė ir baltymų sintezė.
Azotas yra periodinės lentelės elementas, kurio atominis skaičius yra 7. Azoto branduolys susideda iš 7 protonų, turinčių teigiamą krūvį, ir paprastai iš 7 neutronų su nuliniu krūviu. Siekiant išlaikyti elektriniu požiūriu neutralų atomą, 7 elektronai skrieja aplink branduolį kriauklių serijoje. Azotas yra dujos kambario temperatūroje ir sudaro apie 78 procentus Žemės atmosferos. Azotas skystėja esant -210,1 laipsnio Celsijaus (-346,18 laipsnių Fahrenheito), o tai leidžia jį naudoti atliekant kriogeninius eksperimentus ir veiklą.
Anglies dioksidas yra junginys, kurio molekulė susideda iš vieno anglies atomo ir dviejų deguonies atomų. Elektronai, esantys išoriniame anglies ir deguonies atomų apvalkale, sudaro kovalentinius ryšius. Anglies dioksidas yra dujos kambario temperatūroje ir sudaro 0,03 proc. Žemės atmosferos. Anglies dioksidas yra neįprastas tuo, kad susidaro kieta medžiaga nepraleidžiant skysčio fazės esant normaliam atmosferos slėgiui. Šis procesas yra žinomas kaip sublimacija. Anglies dioksidas sublimuoja, kad susidarytų sausas ledas -56 laipsnių Celsijaus (-68,8 laipsnių pagal Celsijų) temperatūroje.
Fotosintezė, procesas, kurio metu augalai saulės šviesą paverčia gliukozės cukrumi, yra viena iš pagrindinių biologinių reakcijų vyksta Žemėje ir sudaro gyvybės pagrindą maisto grandinės apačioje, tiekiant sudėtingesniems organizmams, pavyzdžiui, žinduoliams, maistas. Fotosintezei reikia natūralaus anglies šaltinio, kad sintezuotų gliukozę; tai gauna iš atmosferos anglies dioksido dujų. Cheminė fotosintezės žodžio lygtis yra:
Azotas yra esminis pagrindinių biologinių molekulių, tokių kaip baltymai ir nukleorūgštys, statybinis elementas. Azoto dujos iš atmosferos sulaikomos „azotą fiksuojančiomis“ bakterijomis. Šio proceso metu azoto ir vandenilio dujos virsta amoniaku, kurį augalai gali tiesiogiai absorbuoti. Arba amoniakas dirvožemyje suyra į nitratus, kuriuos augalai taip pat gali absorbuoti. Augalai naudoja amoniaką ir nitratus sintezuoti biochemines molekules, tokias kaip chlorofilas, baltymai ir nukleorūgštys. Azotas gali būti išleistas atgal į atmosferą daugeliu procesų. Dirvoje gyvenančios denitrifikuojančios bakterijos nitratus gali paversti azoto dujomis. Kitu atveju gyvūnai vartoja azoto turinčias molekules augaluose, todėl išmatose gausu azoto. Nitrifikuojančios bakterijos skaido šiose atliekose esantį amoniaką, paversdamos jį nitratais. Tada denitrrifikuojančios bakterijos tuos nitratus suskaido į azoto dujas. Šie žingsniai sudaro azoto ciklo pagrindą.