非常规天然气包括页岩气、煤层气、致密砂岩气等。研究指出，中国的非常规天然气资源量是常规天然气的5.01倍。
页岩气是指页岩缝隙中的天然气，据估计到2020年全中国需求量达到150亿立方米。尽管中国页岩气资源量丰富，但相对于北美，四川盆地的页岩气埋藏深度较大。
以美国Appalachian盆地的Marcellus页岩气藏为例，深度介乎1220至2440米；四川长宁威远龙马溪的深度则介乎1500至4000米。此外，四川藏页岩气大多位于丘陵、低山地区，开採条件较复杂，成本亦较高。
煤层气主要成分是甲烷，储存于煤层内。中国煤层气可採资源量估计达到10万亿立方米，估计到2020年每年消耗量约230亿立方米。
致密砂岩气（或称致密气）是指覆压基质渗透率小于或等于0.1mD的砂岩气层，中国致密砂岩气资源量估计约12万亿立方米。相对于煤层气、页岩气，中国在致密砂岩气的开发步伐较快，2012年产量已超过300亿立方米，到2015年料增至500亿立方米
