Có một số giả thuyết liên quan đến cách khí tự nhiên có thể được hình thành trên Trái đất. Một giả thuyết quy định rằng khí tự nhiên được hình thành khi động vật và thực vật thời tiền sử bị chôn vùi dưới lớp sâu của Trái đất. Một giả thuyết khác cho rằng khí tự nhiên của Trái đất đã được tạo ra sớm hơn, khi Trái đất lần đầu tiên được hình thành cách đây hơn 4,5 tỷ năm.
Lý thuyết cho rằng khí tự nhiên được hình thành bởi động vật và thực vật bị chôn vùi dưới các lớp đất là khá phổ biến. Lý thuyết mô tả chi tiết rằng những thực vật và động vật này đã bị chôn vùi dưới các lớp trầm tích, bao gồm cả đá và cát, và nhiều lớp trầm tích này tiếp tục chồng chất lên nhau, làm tăng áp lực đặt lên các mẫu vật. Áp suất này và nhiệt tăng lên dẫn đến động vật và thực vật được nén thành khí tự nhiên và dầu.
Lý thuyết thứ hai cũng được chấp nhận rộng rãi, đề xuất rằng khí tự nhiên chứa dưới bề mặt Trái đất được tạo ra khi Trái đất lần đầu tiên được hình thành. Có nhiều cách để phát hiện sự hiện diện của khí tự nhiên bên dưới bề mặt Trái đất, bao gồm đo từ tính, hình ảnh vệ tinh, lập bản đồ trọng lực và phản xạ địa chấn. Xác định các nguồn khí tự nhiên là một quá trình có giá trị vì khí thiên nhiên có thể được sử dụng làm nhiên liệu và nguồn điện.
