天然气热值指一定体积或质量的天然气燃烧所释放的热量，单位通常是千卡/米3或者千焦/米3。由于各国的天然气计量方式不同，如中东采用体积计量，而欧美则采用能量计量，会导致在天然气贸易中产生分歧。此外，由于天然气气质和发热量不同，在真正使用时可能会有很大差异，因此准确测定热值，有利于统一交易标准，维护交易中的公平原则。
天然气热值测定方法目前已有多项国家标准，有《城镇燃气热值和相对密度测定方法》（GB/T12206—2006）、《天然气发热量、密度、相对密度和沃泊指数的计算方法》（GB/T11062—2020）、《天然气发热量的测量连续燃烧法》（GB/T35211—2017）等，为开展能量计算提供了保障。
天然气热值的测量方法主要有两类：一是直接测量；二是间接测量。直接测量法的原理是天然气在过量的空气中完全燃烧，释放的能量被传递到热交换介质，使其温度升高，将温升与发热量关联，从而直接得出热值。常用仪器是水流式热量计，用连续水流作为热交换介质，根据达到稳定时的水量和水流温升计算得到燃气高位热值，减去冷凝水量的气化热值后，得到气体低位热值。
间接测量法是通过测出气体组成和含量，再计算热值。与直接法相比，间接测量法减少了复杂的实验过程，更易操作，包括气相色谱法和红外分析法。
气相色谱的核心是色谱柱与检测器。色谱柱是一段数十米长的毛细管赛道，管壁涂敷有可以和气体分子发生相互作用的材料，称作固定相。气体混合物进入赛道后，气体分子们在载气的推动下向前奔跑，越是体积大、沸点低、与固定相相互作用强的分子跑得越慢。
当分子们依次通过检测器终点，记录仪裁判会记下它们的成绩——色谱图，通过分离与记录，区分出混合气体中的各组分，以此推算出热值。
红外分析法测量原理是朗博比尔定律，即光被吸收的量正比于产生光吸收的分子数目。化学键像弹簧一样连接着气体分子中不同原子，原子时刻在振动，其振动频率与红外光的振动频率相当。因此用红外光照射分子时，分子中的化学键可发生振动吸收，不同的化学键吸收频率不同，就像人的指纹，每种有机化合物形成的红外光谱峰位置、强度和形状均不相同，可以据此来区分不同的分子，获得天然气的具体组成。通过与已知热值的燃气吸收光谱进行对比，可以得出现有组分的热值。目前我国微型红外传感器技术已经能够实现不同浓度混合气体的高精度测量。便携式红外天然气热值分析仪，既适用于工业现场测试，也满足了实验室气囊取样分析。