A la sortie du gisement, le gaz naturel est séparé de l'eau, des condensats, des hydrocarbures lourds et éventuellement d'autres gaz. Ces opérations le rendent propre à toute utilisation industrielle et domestique.
La variété de composition des gaz naturels implique une diversité de traitements. Quatre grands principes de traitement sont utilisés : le séchage, la désulfuration, le dégazolinage et l'odorisation.
- Le séchage intéresse tous les gisements de gaz naturel car il est destiné à éliminer l'eau qu'il contient naturellement. C'est une sécurité pour éviter la corrosion des canalisations, le blocage des détendeurs par la formation du givre ou le risque de formation d'hydrates de gaz naturel susceptibles de créer des dysfonctionnements dans la distribution.
- La désulfuration consiste à éliminer le sulfure d'hydrogène (H2S). Celui-ci est transformé en soufre qui est commercialisé.
- Le dégazolinage, traitement utilisé à grande échelle, consiste à retrancher les hydrocarbures liquides du gaz naturel.
- L'odorisation est une mesure de sécurité. Le gaz naturel étant inodore (à la différence de l'ancien "gaz de ville"), il faut lui communiquer une odeur caractéristique qui ne puisse être confondue avec une autre et soit décelable par tous. En France, il y a addition de THT (tétrahydrothiophène) C4H8S.