从地层中开采出来的天然气往往含有砂、铁锈等固体杂质，以及水、水蒸气、硫化物和二氧化碳等杂质。前者随气流运动，磨损管道和设备，还会积聚在某些部位，影响正常输气。水积聚在管道低洼处，减少管道输气截面，增加输气阻力；遇酸性气体（H2S、CO2等）会形成酸性溶液，严重腐蚀管内壁；在低温高压下还能和天然气中的某些组分生成冰雪状水合物，堵塞管道。因此，天然气进入管输之前必须净化。
我国颁布的国家标准《天然气》（GB17820—2018）对天然气中上述杂质的含量进行了限制。
为了保障输气的平稳运行，《输气管道工程设计规范》（GB50251—2015）中规定输气管道水露点应低于输气条件下最低管输气体温度5℃，烃露点应低于最低环境温度。天然气中重烃的凝析会使管道积液，降低管道输送能力，但少量凝析油附在管壁上形成油膜，有利于防腐。
为了保证管道、设备和仪器不被腐蚀，北美地区输气管网要求硫化氢含量不超过1．5～2毫克/米3，远低于生活用气的标准。同时为了确保在管输过程中水蒸气不致凝析和形成水合物，建议我国正在制定管输天然气的标准为：硫化氢含量不大于10毫克/米3；气体的露点应比最低输气温度低5℃。
天然气的净化用到多种物理、化学转化手段。
分离和过滤用于除去天然气输送系统中的液体和固体杂质，包括采气时井下带来的凝析油、凝析水、岩屑粉尘；管内的焊渣、锈屑和腐蚀产物。重力或旋转式分离器都是根据气固、气液两相存在密度差原理工作的。
冷凝分离用于分离稍冷却即可变成液体的成分，如水和重烃。剩下不能冷凝的气体组分，则需要通过吸附或吸收法分离。选择合适的吸附剂，对特定组分进行吸附，可分离出水、硫化氢和二氧化碳等。与吸附法原理类似，利用吸收剂能选择性地吸收气体中的某种组分，使它与气流分离。
按吸收或吸附的过程中是否发生化学反应，可分为物理吸附/吸收和化学吸附/吸收两种。物理吸附或吸收完成后，可通过加热促进解吸过程，使吸附/吸收剂再生。化学吸收法是以弱碱性溶剂为吸收剂，与原料气中的酸性组分（主要是H2S和CO2）反应生成化合物；在升温降压条件下，该化合物又能分解放出酸气。
除了以上基于可逆的物理、化学变化的净化方法，还有集天然气净化与杂质变废为宝为一体的直接转化法。如利用硫化氢经氧化生成硫黄的反应，将吸收溶液作为氧化催化剂的载体，当含有硫化氢的天然气通过时，其中的硫元素以硫黄的形式分离、回收、利用。再向吸收溶液中鼓入空气，可实现氧化剂的再生。