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元素分析是对组成煤的有机质主要元素的化验分析。煤中有机质主要由碳、氢、氧、氮、硫5种元素构成，碳是其中的主要元素。煤中的含碳量随煤化程度增加而增加。年轻的褐煤含碳量低，烟煤次之，无烟煤最高。氢和氧含量随煤化学程度加深而减少，褐煤最高，无烟煤最低。氮在煤中的含量变化不大，硫则随成煤植物的品种和成煤条件的不同而有较大的变化，与煤化程度关系不大。
煤中的碳是组成煤有机高分子的最主要元素，煤结构中的稠环（六碳环）就是由碳元素组成的。因而无论是煤化程度较低的褐煤，还是煤化程度中等的烟煤或是煤化程度高的无烟煤，所含碳元素的质量分数都是最大的。从褐煤、烟煤一直到无烟煤随着煤化程度的加深，煤中的碳含量不断增高。在我国泥炭中含碳量为55%~ 60%范围内，成为褐煤后碳就增加。随变质作用的加深，碳含量不断提高，一直到高变质的无烟煤，因此变质作用的整个过程是增加碳含量的过程。所以煤的变质作用又可以说是增碳作用。
氢是煤中第二个重要组成元素，煤中的氢是随变质程度加深而减小。同时氢质量分数的变化范围不是很大的。但进一步分析表明，氢的原子量很小，只是碳原子量的1 /12。如果用各元素的原子百分数量度煤的元素组成，对一些褐煤来说，其氢的原子分数可能比碳的原子分数还多。但随着变质程度加深，氢原子的原子分数就愈来愈小。总之煤化程度愈浅的煤，其氢含量愈高；煤化程度愈深的煤，氢含量愈小。在煤的整个变质过程中总的规律是氢随碳的增高而降低。其中尤以碳的质量分数大于90%，即无烟煤阶段的更为明显，碳自92%增至98%时，氢由4%降到1%以下。碳在85%以下的烟煤则氢的变化不很明显。对于褐煤，由于原始成煤植物的元素组分不同，明显影响其碳氢比例，所以在褐煤中碳和氢之间的相关关系比烟煤还差。
氧也是组成煤有机质的一个主要元素，煤化程度越低的煤，氧的含量越高。氧含量多少对煤的性质影响很大。例如对于低变质程度的煤，它们的发热量常随氧含量增加而降低。煤中的氧含量随煤的变质程度加深而减少。对于煤中的氧含量和挥发分的关系，总的变化规律是随挥发分的降低而氧含量减少。
氮在煤中的含量较少。氮也随煤化程度的增高而缓慢减少，因此也可以说，氮在煤中的含量随氢的增高而增大。煤中的氮含量与原始成煤物质有关，煤化程度浅的腐泥煤中氮含量常比腐植煤中的高。这是因为形成腐泥煤的菌、藻类等低等植物的含氮量比形成腐植煤的高等植物的含氮量高。煤中的氮含量还常常随挥发分的增高而增高，但增高的幅度则与成煤时代有关，一般在相同挥发分情况下，侏罗纪煤的含氮量比其他时代煤的含氮量明显偏低。
表1.1.2 煤中主要元素含量比较
硫虽然也是煤中有机质的一个组成元素，但它在煤中含量多少，似乎与煤化程度无明显的关系。但是当煤中的有机硫较高时，其碳、氢、氧含量往往比低硫煤显著的低。因为硫取代有机结构中的碳、氢和氧。在燃烧和气化时，煤中的硫转变成的二氧化硫、硫化氢既腐蚀设备又污染环境，还使催化剂中毒，影响生产正常进行和产品质量。用于炼焦时，其中70%~ 80%的硫转入焦炭，焦炭用于冶金，使炼出的生铁含硫较多而具有热脆性，不仅使生铁的质量差，而且还使高炉的生产能力下降并严重腐蚀设备。煤中的硫含量越多，煤的质量越差，对煤加工利用带来的危害也越大。
硫是一种宝贵的资源。可用来生产硫酸和杀虫剂等；在橡胶、制药等工业上有着广泛的应用。故在选煤时回收煤中的黄铁矿；从燃烧的烟道中和煤气中回收各种含硫化合物；在燃煤中加脱硫剂以及从焦炉气中回收硫等都是有效利用途经。
根据煤的元素分析数据可大致推断煤的属性，例如对于炼焦煤，可以根据其元素分析测值来估算其化学产品的产率；对于动力用煤，可以用元素分析值来计算其发热量、理论燃烧温度和燃烧产物的组成，并为工业锅炉的设计提供依据；此外，煤的元素组成还可以为煤的科学分类提供参数等。
（1）氯是煤中常见的有害元素之一，一般认为煤中氯含量超过0.25%时，就会对设备造成腐蚀，并会在设备中产生结皮和堵塞。煤化工生产要求煤中氯含量越低越好。
（2）当煤中磷含量超过0.05%时，就会导致钢铁产生冷脆性。煤化工生产要求原煤中磷元素含量越低越好。
（3）煤在燃烧及气化时，其中的氟会以HF及少量的SiF 4 、CF 4 等气态形式排到大气中。HF是一种剧毒物质，它的毒性要比SO 2 高出10~100倍，是危害动植物最为严重的一种污染物。由于氟化物的危害性极大，故煤化工生产要求煤中氟含量尽量低，以减少气化过程中气态氟化物的产生。
（4）煤中砷元素会对大气造成严重污染，还易引发皮肤癌及肝癌等疾病，从而危害操作人员的身心健康。煤化工生产要选用砷含量尽量低的煤种作为气化煤种，以最大程度降低气化过程中砷污染物的排放。