煤的組成以有機質為主體，構成有機高分子的主要是碳、氫、氧、氮等元素。煤中存在的元素有數十種之多，但通常所指的煤的元素組成主要是五種元素、即碳、氫、氧、氮和硫。在煤中含量很少，種類繁多的其他元素，一般不作為煤的元素組成，而只當作煤中伴生元素或微量元素。
一、煤中的碳一般認為，煤是由帶脂肪側鏈的大芳環和稠環所組成的。這些稠環的骨架是由碳元素構成的。因此，碳元素是組成煤的有機高分子的最主要元素。同時，煤中還存在著少量的無機碳，主要來自碳酸鹽類礦物，如石灰巖和方解石等。碳含量隨煤化度的升高而增加。在我國泥炭中干燥無灰基碳含量為55～62％；成為褐煤以后碳含量就增加到60～76.5％；煙煤的碳含量為77～92.7％；一直到高變質的無煙煤，碳含量為88.98％。個別煤化度更高的無煙煤，其碳含量多在90％以上，如北京、四望峰等地的無煙煤，碳含量高達95～98％。因此，整個成煤過程，也可以說是增碳過程。
二、煤中的氫氫是煤中第二個重要的組成元素。除有機氫外，在煤的礦物質中也含有少量的無機氫。它主要存在于礦物質的結晶水中，如高嶺土(Al203·2Si02·2H2O)、石膏(CaS04·2H20 )等都含有結晶水。在煤的整個變質過程中，隨著煤化度的加深，氫含量逐漸減少，煤化度低的煤，氫含量大；煤化度高的煤，氫含量小。總的規律是氫含量隨碳含量的增加而降低。尤其在無煙煤階段就尤為明顯。當碳含量由92%增至98％時，氫含量則由2.1%降到1%以下。通常是碳含量在80～86％之間時，氫含量。即在煙煤的氣煤、氣肥煤段，氫含量能高達6.5％。在碳含量為65～80％的褐煤和長焰煤段，氫含量多數小于6％。但變化趨勢仍是隨著碳含量的增大而氫含量減小。
三、煤中的氧 氧是煤中第三個重要的組成元素。它以有機和無機兩種狀態存在。有機氧主要存在于含氧官能團，如羧基(--COOH)，羥基(--OH)和甲氧基（--OCH3)等中；無機氧主要存在于煤中水分、硅酸鹽、碳酸鹽、鹽和氧化物中等。煤中有機氧隨煤化度的加深而減少，甚至趨于消失。褐煤在干燥無灰基碳含量小于70％時，其氧含量可高達20％以上。煙煤碳含量在85％附近時，氧含量幾乎都小于10％。當無煙煤碳含量在92％以上時，其氧含量都降至5%以下。
四、煤中的氮 煤中的氮含量比較少，一般約為0.5～3.0％。氮是煤中的完全以有機狀態存在的元素。煤中有機氯化物被認為是比較穩定的雜環和復雜的非環結構的化合物，其原生物可能是動、植物脂肪。植物中的植物堿、葉綠素和其他組織的環狀結構中都含有氮，而且相當穩定，在煤化過程中不發生變化，成為煤中保留的氮化物。以蛋白質形態存在的氮，僅在泥炭和褐煤中發現，在煙煤很少，幾乎沒有發現。煤中氮含量隨煤的變質程度的加深而減少。它與氫含量的關系是，隨氫含量的增高而增大。
五、煤中的硫 煤中的硫分是有害雜質，它能使鋼鐵熱脆、設備腐蝕、燃燒時生成的二氧化硫(SO2)污染大氣，危害動、植物生長及人類健康。所以，硫分含量是評價煤質的重要指標之一。煤中含硫量的多少，似與煤化度的深淺沒有明顯的關系，無論是變質程度高的煤或變質程度低的煤，都存在著有機硫或多或少的煤。煤中硫分的多少與成煤時的古地理環境有密切的關系。在內陸環境或濱海三角訓平原環境下形成的和在海陸相交替沉積的煤層或淺海相沉積的煤層，煤中的硫含量就比較高，且大部分為有機硫。根據煤中硫的賦存形態，一般分為有機硫和無機硫兩大類。各種形態的硫分的總和稱為全硫分。所謂有機硫，是指與煤的有機結構相結合的硫。有機硫主要來自成煤植物中的蛋白質和微生物的蛋白質。煤中無機硫主要來自礦物質中各種含硫化合物，一般又分為硫化物硫和鹽硫兩種，有時也有微量的單質硫。硫化物硫主要以黃鐵礦為主，其次為白鐵礦、磁鐵礦((Fe7S8)、閃鋅礦(ZnS)、方鉛礦(PbS)等。鹽硫主要以石膏(CaSO4·2H20)為主，也有少量的綠礬 (FeSO4·7H 20 )等。
