Химический состав плазмы шаровой молнии определяется составом газа на момент ее образования и химическим составом окружающего воздуха. Химический состав плазмы ШМ может быть разнообразным, но состав поверхности шаровой молнии, как правило (вследствие диффузии), определяется химическим составом окружающего воздуха. При этом помимо типичных групп молекул, входящих в состав воздуха, в плазме могут образовываться и существовать и другие типы молекул, например 03, NO2, NO и т.п.
23 августа 1965 года шаровая молния наблюдалась на реке Онеге. У очевидца были четыре ампулы для взятия проб воздуха. Вечером в радиоприемнике раздался сильный треск и одновременно прогремел грозовой разряд. Приемник пришлось выключить, но шипение с резким потрескиванием раздавалось уже со стороны реки. Очевидец выглянул на улицу и увидел на расстоянии 60 метров нечто вроде мощной лампы, висящей на высоте метра над водой. Через 35 - 40 секунд шаровая молния медленно прошла над очевидцем, остановилась и затем возобновила свое движение к лесу. С обеих сторон шаровой молнии сыпались искры, как при электросварке. Причем молния отскакивала в сторону, противоположную искрению. Внезапно яркость шара ослабла, цвет его из белого стал ярко-красным и он погас. Наблюдение продолжалось около минуты. За это время очевидец сумел взять пробы воздуха. В пробах оказалась повышенная концентрация озона и двуокиси азота...
Также, есть свидетельства очевидцев, что при появлении шаровой молнии или сразу после ее «испарения» либо взрыва в воздухе возникает специфический запах озона или запах серы. Оксиды серы в шаровой молнии могут появиться при ее образовании либо нахождении в пыльной, задымленной атмосфере, богатой различными летучими оксидами.
