在正常通气情况下，土壤空气中二氧化碳含量比大气中多几十倍。土壤空气中二氧化碳和氧的总和，与土壤表面以上空气中这两种成分的总和极相近。但二氧化碳的含量通常随土壤深度而增加。在气候温暖，水分、养分较充足的土壤，微生物活动旺盛，在呼吸过程中强烈地吸收土壤中的氧气，所以在土壤空气中缺乏正常的气体交换时，土壤中氧气的数量可以降低到千分之几，而二氧化碳含量则可增加到百分之十，甚至更多。
一般栽培作物的土壤，比裸地或休闲地土壤有较多的二氧化碳和较少的氧气，草类覆盖的土壤，又比耕种的土壤中有更多的二氧化碳。另外，土壤空气中还含有氨、氢、氨、磷化氢、甲烷和许多气态挥发性的化合物。
土壤空气按物理状态可以分为自由态、吸附态和溶解态三种。自由态的空气主要存在于土壤的大毛管和非毛管孔隙中，具有大的易动性和有效性。吸附态空气，是在土壤干燥时，空气被土壤颗粒表面所吸附，气体的吸附作用与压力成正比，与温度成反比。溶解态土壤空气，是指一些气体溶解于水中，气体在水中的溶解度是随其分压的增加和温度的降低而增高的，也随水分的矿化度的增加而降低。
土壤空气的总量，可以用某一间隔时间内，测定进入土壤和从土壤中释放出空气的数量表示，但它受温度变化的影响。氧和二氧化碳的联合测定，是抽取一定的土壤空气样品于气体分析器中，用碱（50%氢氧化钾)吸收样本中的二氧化碳，用焦性没食子酸碱性溶液吸收样本中的氧气。由于化学吸附，而使样本中的体积减少，其减少的数量即为二氧化碳和氧气的体积。