Khí tự nhiên thường được tìm thấy từ 1 đến 2 dặm bên dưới bề mặt trái đất, nơi nó bị giữ lại bởi các thành tạo lớn của đá trầm tích xốp. Các mỏ khí tự nhiên, được gọi là các bể chứa, thường có dạng vòm- định hình và yêu cầu các hoạt động khoan công nghiệp để thu hoạch. Các hồ chứa khí đốt tự nhiên tồn tại ở nhiều địa điểm trên khắp thế giới, với các mỏ lớn nhất được biết đến nằm ở Trung Đông, Châu Âu, Châu Á và Châu Phi.
Khí tự nhiên là nhiên liệu hóa thạch được tạo ra từ tàn tích của các sinh vật sống cách đây hàng triệu năm. Lý thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất liên quan đến quá trình hình thành nhiên liệu hóa thạch nói rằng khí tự nhiên, dầu và than đá hình thành thông qua quá trình nén các chất hữu cơ chịu nhiệt và áp suất mạnh trong hàng triệu năm. Áp suất và nhiệt độ cao được tìm thấy sâu dưới bề mặt trái đất phá vỡ các liên kết carbon của chất hữu cơ, tạo ra khí mê-tan và các loại nhiên liệu hóa thạch khác.
Khí tự nhiên cũng có thể được hình thành bởi các vi sinh vật biến đổi chất hữu cơ thành mêtan sinh học. Các mỏ khí mê-tan sinh học thường được tìm thấy gần bề mặt trái đất hơn nhiều. Khí tự nhiên cũng được tìm thấy trong các bãi chôn lấp chứa chất thải. Các chất thải phân hủy được tìm thấy trong các bãi chôn lấp tạo ra khí mê-tan, sau đó được thu hoạch.
