尽管矿井中的空气成分有了一定的变化，但主要成分仍同地面一样，由氧气、氮气和二氧化碳等组成。
1）氧气（O 2 ）
氧是无色、无味、无臭的气体，在标准状况下，相对密度为1.429。比空气略大（空气的密度是1.293 g／L）。它微溶入水，1 L水只能溶解约30 mL氧气。氧的化学性质比较活泼，它能与许多物质发生化学反应，同时放出热量。氧能助燃，能供人和动物呼吸。
人的生命是靠吃进食物和吸入空气中的氧气来维持的。因此，空气中氧气的含量对人体健康影响甚大。当氧含量减少时，人们会产生各种不舒适生理反应，严重缺氧会导致死亡。人体维持正常生命过程所需的氧气量，取决于人的体质、精神状态和劳动强度等。一般情况下，人在休息时的需氧量为0.2～0.4 L／min；在工作时为1～3 L／min。
空气中的氧气浓度直接影响着人体健康和生命安全，当氧气浓度降低时，人体就会产生不良反应，严重者会缺氧窒息甚至死亡。
地面空气进入井下后，氧气含量减少的主要原因是：人员呼吸、煤（岩）和有机物质的氧化、井下爆破、发生矿内火灾以及瓦斯、煤尘爆炸等。此外，由于混入其他有害气体。尤其是从煤层围岩中涌出大量瓦斯或二氧化碳时，会使空气中氧含量相对减少。
在井下通风不良或无风的井巷中，或在发生火灾及瓦斯煤尘爆炸后的区域，空气中的氧含量可能降得很低，在进入这些地点之前必须进行严格检查，确认无危险时方可进入。
2）氮气（N 2 ）
氮气是无色、无味、无臭的惰性气体，相对密度为0.967，微溶于水，在通常情况下，1体积水只能溶解大约0.02体积的氮气。氮气不助燃也不能供给人呼吸。
氮气在正常情况下对人体无害，但空气中含量过多时，会因相对缺氧使人窒息。在井下废弃旧巷或封闭的采空区中，有可能积存氮气。例如，1982年9月7日，我国北方某矿因矿井主要通风机停风，井下采空区的氮气大量涌出，致使采煤工作面支架安装人员缺氧窒息，造成多人伤亡事故。
矿内空气中氮气含量增加的原因是有机物质腐烂、爆破工作以及从煤岩层中直接涌出。
3）二氧化碳（CO 2 ）
二氧化碳是无色、略带酸臭味的气体，相对密度为1.519，常积聚在通风不良的巷道底部。不助燃也不能供人呼吸，它易溶于水生成碳酸，对人眼、鼻、喉的黏膜有刺激作用，并且能刺激中枢神经，使呼吸加快。当肺气泡中二氧化碳增加1％时，人的呼吸将增加1倍。基于这个原理，在急救时可让中毒人员首先吸入含5％的二氧化碳的氧气，使呼吸频率增加，恢复呼吸功能。
新鲜空气中含量约为0.03％的二氧化碳对人是无害的，当空气中的二氧化碳浓度过高时，将使空气中的氧气含量相对降低，轻则使人呼吸加快，呼吸量增加，严重时能使人窒息。
矿内空气中二氧化碳的主要来源有：坑木腐烂，煤及含碳岩层的缓慢氧化，碳酸性岩石遇水分解，从煤岩层中直接放出，煤炭自燃，矿井火灾或发生煤尘瓦斯爆炸等。另外，人员呼吸和爆破工作也能产生二氧化碳。有时也能从煤岩中大量涌出，甚至与煤或岩石一起突然喷出，给安全生产造成重大影响。