Postoji pet glavnih komponenti zraka: dušik (78.0842%), kisik (20.9463%), vodena para (oko 1%), argon (0.93422%) i ugljični dioksid (0.03811%). Komponente u tragovima čine još 0.002%. Od svih tih tvari, životinjama (uključujući i ljude) treba kisik za preživljavanje, dok biljkama trebaju ugljični dioksid i dušik.
Disanje životinja troši kisik i proizvodi ugljični dioksid kao nusprodukt, dok biljke troše ugljični dioksid i proizvode kisik. Svjetski ekosustavi ovise o toj ravnoteži. Komponente zraka mogu biti izmijenjene ljudskom aktivnošću, kao što je izgaranje fosilnih goriva, što je povećalo udio ugljičnog dioksida u atmosferi.
Zrak je bio predmet proučavanja znanstvenika stotinama godina. Kao i drugi plinovi, zrak se ponaša prema Boyleovom zakonu, koji kaže da su tlak i volumen plina obrnuto proporcionalni u zatvorenom sustavu gdje ukupna količina plina i njegova temperatura ostaju fiksne. To znači da osoba može smanjiti volumen zraka komprimirajući ga, ali će se njegov tlak proporcionalno povećati.
Moguće je upumpati zrak u elastičnu membranu, poput balona, kako bi je napuhao. Budući da je tlak koji zrak unutar balona vrši prema van, otprilike jednak pritisku koji na balon vrši izvana, on ostaje napuhan. Međutim, to vrijedi samo kada je zračni tlak zraka koji je izvorno stavljen u balon sličan okolnom zraku oko njega. Ako se balon napuni zrakom iz gornje atmosfere, a zatim spusti na razinu mora, on će se skupiti, a ako se napuni zrakom s razine mora i dovede na vrlo veliku visinu, iskočit će. To se događa s balonima koji su slučajno pušteni u nebo.
Zrak ostaje u Zemljinoj atmosferi jer je gravitacija Zemlje dovoljna da zadrži čestice plina blizu svoje površine. Lakši plinovi, poput vodika, odavno su pobjegli od Zemljine sile, budući da su dovoljno lagani da im je toplinska pobuda dovoljna da pobjegnu u svemir.