Zemes atmosfēra sastāv no stratificēta gāzu slāņa, kas tiek turēts vietā gravitācijas dēļ. Galvenās atmosfēras gaisa sastāvdaļas ir slāpeklis, skābeklis, argons un oglekļa dioksīds. Slāpeklis un oglekļa dioksīds ir svarīgi dzīvībai uz Zemes un ir vitāli svarīgi vairākiem bioķīmiskiem procesiem, piemēram, fotosintēzei un olbaltumvielu sintēzei.
Slāpeklis ir elements periodiskajā tabulā ar atomu skaitli 7. Slāpekļa kodols sastāv no 7 protoniem ar pozitīvu lādiņu un parasti 7 neitroniem ar nulles lādiņu. Lai saglabātu elektriski neitrālu atomu, 7 elektroni riņķo ap kodolu virknē čaulu. Slāpeklis ir gāze istabas temperatūrā un veido apmēram 78 procentus no Zemes atmosfēras. Slāpeklis sašķidrinās pie -210,1 grādiem pēc Celsija (-346,18 grādiem pēc Fārenheita), kas ļauj to izmantot kriogēnos eksperimentos un aktivitātēs.
Oglekļa dioksīds ir savienojums ar molekulu, kas sastāv no viena oglekļa atoma un diviem skābekļa atomiem. Elektroni oglekļa un skābekļa atomu ārējā apvalkā ir kopīgi, veidojot kovalentās saites. Oglekļa dioksīds ir gāze istabas temperatūrā un veido 0,03 procentus no Zemes atmosfēras. Oglekļa dioksīds ir neparasts ar to, ka tas veido cietu vielu, nenokļūstot šķidrā fāzē normālā atmosfēras spiedienā. Šis process ir pazīstams kā sublimācija. Oglekļa dioksīds sublimē, veidojot sausu ledu temperatūrā -56 grādi pēc Celsija (-68,8 grādi pēc Fārenheita).
Fotosintēze, process, kurā augi pārvērš saules gaismu glikozes cukurā, ir viena no būtiskākajām bioloģiskajām reakcijām notiek uz Zemes un veido pamatu dzīvībai barības ķēdes apakšā, nodrošinot sarežģītākus organismus, piemēram, zīdītājus, ar ēdiens. Fotosintēzei ir nepieciešams dabisks oglekļa avots, lai sintezētu glikozi; to iegūst no atmosfēras oglekļa dioksīda gāzes. Ķīmiskais vārdu vienādojums fotosintēzei ir:
Slāpeklis ir būtisks bioloģisko pamatmolekulu, piemēram, olbaltumvielu un nukleīnskābju, pamatelements. Slāpekļa gāzi no atmosfēras uztver "slāpekli fiksējošās" baktērijas. Šajā procesā slāpekļa un ūdeņraža gāzes tiek pārveidotas par amonjaku, ko augi var absorbēt tieši. Alternatīvi amonjaks augsnē sadalās nitrātos, kurus augi arī var absorbēt. Augi izmanto amonjaku un nitrātus, lai sintezētu bioķīmiskās molekulas, piemēram, hlorofilu, olbaltumvielas un nukleīnskābes. Slāpekli var atbrīvot atmosfērā, izmantojot vairākus procesus. Denitrifikācijas baktērijas, kas dzīvo augsnē, nitrātus var pārveidot par slāpekļa gāzi. Alternatīvi, slāpekli saturošās molekulas augos patērē dzīvnieki, kā rezultātā rodas ar slāpekli bagāti ekskrementi. Nitrificējošās baktērijas noārda šajos atkritumos esošo amonjaku, pārveidojot to par nitrātiem. Pēc tam denitrrifikējošās baktērijas šos nitrātus sadala slāpekļa gāzē. Šīs darbības ir slāpekļa cikla pamatā.