1．土壤空气的来源和组成 土壤空气（soil air）主要来自大气，存在于未被水分占据的土壤孔隙中。土壤空气按其组成在质与量上均不同于大气中的空气。由于土壤生物生命活动的影响，二氧化碳比大气中含量高，而氧含量比大气的低。大气中CO2含量为0.03％，而土壤空气含CO2为大气的十倍至数百倍。氧在大气中一般约占20％，而土壤空气中只有10－12％，在通气极端不良的条件下，可低至10％。另外，土壤空气中的水汽含量远比大气为高，土壤空气湿度一般接近100％。在土壤中由于有机质的嫌气分解，还可能产生甲烷、碳化氢、氢等气体。土壤空气中还经常有氨存在，但数量不多。
2．土壤与大气间的气体交换 通常，土壤空气和近地面大气进行着交换，其交换有两种方式：一方面土壤空气和大气整体地进行交换；另方面是部分气体互相扩散。由于土壤温度和大气温度有一定差异，所以土壤空气的压力和大气的压力也就不同。气体总是从压力大的方向流向压力小的方向。有时大气也进入土壤孔隙中，但这不是土壤空气和大气交换的主要方式。
土壤空气和大气的交换主要是通过个别气体成分的差异（分压梯度）发生的扩散。由于土壤中氧气和二氧化碳的浓度不同，根据气体运动规律，气体总是从浓度高的地方向浓度小的地方扩大，大气中氧的浓度高，可不断进入土壤中，而土壤中由于生物等的影响，二氧化碳浓度高，不断向大气中扩散。土壤这种扩散机制，好象生物呼吸作用吸入氧气，吐出二氧化碳一样，所以把它称为“土壤呼吸作用”。
3．土壤的通气性 土壤空气与大气间的气体交换，以及土体内部允许气体扩散和流通的性能，称为土壤通气性。土壤通气性与土壤孔隙、质地结构、土壤含水量等密切相关。土壤孔隙状况是土壤空气与大气交换能否畅通的主要因素。而土壤孔隙又有毛管孔隙和非毛管孔隙之分。保持在毛管孔隙中的空气很难与大气进行交换，土壤通气性主要取决于土壤中非毛管孔隙的多少。若土壤中非毛管孔隙量超过10％，而且分布均匀时，即使毛管中充满水分，土壤通气仍然良好。土壤质地和结构与土壤中的孔隙状况有关，因而也影响到土壤的通气性。有团粒结构的土壤，通气性良好；在无结构的土壤中只有砂土有良好的通气性。粘质土的通气性差。据试验，通过团粒结构的粘壤土的空气比通过粉状粘土大25倍，比通过无结构的粘土大100倍。对高等植物来说，一般情况下，土壤空气中氧气的含量达到15％才能满足植物呼吸作用的需要，而二氧化碳含量不得高于50％。作物根系对土壤中氧气的要求因作物而异，棉花3％，玉米6％，小麦5％，大多数作物当氧含量低于5％时，根系停止生长，所以根系需氧量在5—10％以上时才能生长良好。植物生长发育，要求二氧化碳应在1％以下。如果高达5—10％则短期内会使植物死亡。此外，气候变迁，昼夜温差，生物活动等影响着土壤和近地面大气之间的气体交换。
4．土壤气体交换速率的指标 土壤通气状况是可以度量的。通常采用土壤呼吸系数，土壤氧扩散率和土壤通气量等表示。
土壤呼吸系数（RQ），是指土壤中产生二氧化碳的容积与消耗氧的容积的比率，两者容积相当时，RQ=1，如果RQ＞1，土壤中二氧化碳含量高，说明土壤通气性差。
氧扩散率（ODR），是指植物吸收，微生物活动或为水所置换时氧的补充速率，通常以每平方厘米，每分钟所扩散氧的克数（或微克）来表示。ODR是度量土壤气体交换速率的重要指标。ODR一般随土壤深度而降低，例如，当大气含O2量达21％时，96厘米土壤深处的氧扩散速率较表土层10厘米的氧扩散速率低一半。
土壤通气量是指单位时间内在单位压力下，进入单位体积土壤中的气体总量，主要是氧气和二氧化碳。常用单位是毫升每平方厘米每秒，通气量大表示通气良好。
土壤中水和气是一对矛盾，土壤中水分多了，士壤气体就少了，而且大气和土壤之间的气体交换过程也受到阻碍。如果土壤全部淹水，空气只能通过土壤孔隙水中的分子扩散进入土壤，其扩散速度要比干土慢一万倍。土壤为水饱和75分钟后，水中氧的浓度降低为其原来值的1％。土壤淹水后6—10小时内，氧气即降至接近于零。所以当土壤水分过多，通气不良时将造成一些不良效果：好气性微生物不能正常活动，只有嫌气性和兼气性微生物能够活动，这样可大大降低有机质分解速度，而且分解产物多呈还原态，对植物有毒害作用。植物根系也因氧气不足而减少呼吸能量，降低对水分和养分的吸收能力，引起缺乏营养元素等症状。所以，调节水、气矛盾，是提高土壤肥力的重要措施。