从微观视角看，常压下的天然气分子像是一个个形状不太规则的小球，经历着快速纷乱的运动，相互冲撞推挤，好不热闹。当将这些气体分子充入密闭容器时，由于它们超强的扩散能力，立刻就充满了整个空间，因此气体分子彼此之间的距离相当远，维持着一种稀薄的状态。室温常压下每立方米天然气质量不足0.8千克，远低于液态的原油（约0．85吨/米3）和固态的煤炭（约1．3吨/米3）。这也就意味着，常压天然气的体积能量密度很低，难以进行储存与运输，也难以满足车用燃料等应用需求。
好在气体分子虽然喜欢在宽敞的空间里自由飘荡，但却容易在压力面前低头，可以被压缩后安置在狭小紧凑的空间中，大大提高运输和储存量。压缩天然气（CNG）运输车钢瓶中储存着压力高达20兆帕的压缩天然气，密度约为常压天然气的250倍。给天然气增压与减压，是天然气储存、运输和使用过程中非常重要的环节，输气管网和CNG站均具有调节天然气压力的能力。
目前我国天然气长输管道工作压力可达到10兆帕以上，执行加压功能的是管道沿线的压气站，它们是长输管道上跳动的“心脏”，将进入首站的天然气源源不断地泵往末站或送入储气库。加压可以提高管道的输送能力，同时克服天然气在管道内长距离流动过程中的摩擦阻力。此外，由于用气量不断波动，输气管道的压力也相应不断变化，末段管道的压气站可以使管道具有一定的储气能力，起到调峰的作用，适应用气量的变化。
压气站的核心是压缩机组，通过电动机将电能或通过燃气轮机将天然气的内能转化为机械能，从而对天然气增压，输出功率可达2～30兆瓦，压缩机的能耗占输气过程总成本的近1/3。为了给压气站这颗跳动不息的心脏减轻负担，需要通过降低管道中高速流动的天然气与管壁的摩擦阻力来降低输气能耗，这就用到了仿生学原理：科学家们发现海豚的皮肤表面质地光滑，具有无数细微的突起，突起之间都具有相连的孔道，能在皮肤与水接触界面处形成层流，因而能减少阻力。向输气管道内壁添加光滑涂层，或者定期注入聚酰胺类高分子（聚酰胺类高分子是含酰胺链段（—CONH—）的一系列聚合物，这是很大的一族聚合物。生活中常用的纺织品尼龙，也是一种聚酰胺），使之沉积在管道的内表面形成一层光滑的保护膜，都可以降低输气过程中的阻力。还可以将螺旋、多孔结构或者柔性材料作为输气管道内涂层，在界面处变紊流为层流，达到降低阻力、减少输气过程压力损失的目的。
对天然气进行压缩的另一个重要应用场景是CNG压缩站和加气站，它们向CNG运输车、CNG运输船和CNG火车提供压力高达20～25兆帕的天然气，借助陆运和船运交通网络进行运输。这些灵活多样的运输方式作为输气管网和液化天然气船运的重要补充，可以在不同地区之间形成“点对点”的供应，将天然气送到管网无法覆盖的地区。车、船运载压缩天然气的量可以灵活调节，可以实现少则数十立方米、多则数万立方米的供气规模，因此广泛应用于中小城镇燃气调峰储存、CNG汽车加气和作为工业燃气。
当天然气通过CNG罐车或长输管道运送到目的地后，要接入城镇天然气输配系统向工厂和居民家中供气，这种配气管道遍布整个城市及其近郊，以确保覆盖所有用户。天然气在输配过程中经过调压站逐级减压，达到安全使用气压。城镇天然气的输配压力分为高压、中压和低压三个压力等级。一般城镇输气干线采用0.4～1.6兆帕的高压配气，管线埋在地下，进入居民家中的则是压力小于0.05兆帕的低压气体。
调压站是输配系统中的全能选手，除减压功能外，还有保障供气压力稳定的功能。它能计量和分配天然气量，对气体进行质量检测、过滤和分离杂质，还能对燃气进行加臭，保障用气安全。