Klatrat je vrsta hidrata ali vodne spojine, v kateri so molekule druge snovi ujete v strukturo, podobno kletki, sestavljeno iz molekul vode. Ujeta molekula je običajno plin pri normalnem tlaku in temperaturi. Klatrati so ledu podobne trdne snovi, ki se običajno tvorijo pri visokih tlakih in nizkih temperaturah. Med najbolj znanimi in najbolj raziskanimi je metan hidrat, ki se naravno nahaja v velikih nahajališčih pod morskim dnom v mnogih delih sveta. To so lahko potencialni vir energije, vendar obstaja tudi zaskrbljenost, da bi lahko bilo nenadno sproščanje velikih količin klatratnega metana, ki bi ga morda povzročilo globalno segrevanje, pogubno.
Osnovna enota večine klatratov je dodekaeder, sestavljen iz 20 molekul vode, razporejenih tako, da tvorijo 12 peterokotnih ploskva, z votlim središčem, ki ga lahko zasede »gostujoča molekula«. Strukturo v bistvu držijo vodikove vezi med molekulami vode, vendar jo stabilizirajo gostujoče molekule. Ker dodekaedrov ni mogoče zložiti skupaj, da bi zapolnili ves razpoložljivi prostor, se pojavijo tudi druge poliedrske oblike, tako da nastane mreža. Zaradi te razlike v oblikah kletk in dejstva, da vse kletke niso nujno zasedene, klatratom ni mogoče dati natančnih kemičnih formul. Gostujoče molekule klatrata so lahko ogljikovodiki, kot sta metan ali etan, kisik, dušik in ogljikov dioksid.
Metan hidrat je klatratna spojina, ki je povzročila največ zanimanja. Ta spojina se pojavlja v velikih količinah na različnih lokacijah po robovih vseh celin in v območjih permafrosta v Sibiriji in Aljaski. Ocenjeno je, da ta nahajališča predstavljajo največje zaloge ogljikovodikov na planetu, ki daleč presegajo znane zaloge premoga, nafte in zemeljskega plina. Domnevajo, da so nastali iz metana, ki nastane z mikrobno aktivnostjo v anaerobnih pogojih v sedimentih tik pod površino morskega dna ali na kopnem, kjer so temperature dovolj nizke. Tudi v tropskih regijah so temperature morskega dna dovolj nizke za nastanek klatrata, kjer tlak omogoča, da se strdijo pri nekaj stopinjah nad lediščem.
Glede na velike količine metana, shranjenega v teh nahajališčih, so jih obravnavali kot potencialni vir zemeljskega plina. Vendar pa lahko pride do resnih tehničnih težav pri pridobivanju, zaradi česar je neekonomičen. Sovjetska zveza je v šestdesetih in sedemdesetih letih prejšnjega stoletja izvedla številne neuspešne poskuse pridobivanja plina iz sibirskih nahajališč permafrosta klatrata. Obstaja tudi zaskrbljenost, da lahko metode, ki se uporabljajo za sproščanje ujetega plina, destabilizirajo usedline, kar bi lahko povzročilo posedanje in zemeljske plazove.
Čeprav lahko nahajališča klatrata predstavljajo ogromen neizkoriščen energetski vir, lahko predstavljajo tudi resno nevarnost. Niso stabilni zunaj temperaturnih in tlačnih pogojev, kjer se pojavijo, in obstaja zaskrbljenost, da bi lahko zaradi globalnega segrevanja postali nestabilni. To predstavlja dvojno grožnjo.
Prvič, taljenje klatratnega ledu, pomešanega s sedimenti na kontinentalnih robovih, bi lahko povzročilo ogromne zemeljske plazove in posledično cunamije. Obstajajo dokazi iz relativno nedavne geološke preteklosti, da se je to morda zgodilo ob obali Norveške. Drugič, metan je močan “toplogredni” plin, ki ujame toploto v ozračju v še večji meri kot ogljikov dioksid. Nenadna sprostitev velikih količin tega plina bi lahko pospešila globalno segrevanje, kar bi lahko povzročilo nadaljnjo destabilizacijo. Spet obstajajo geološki dokazi, da se je to morda zgodilo v preteklosti zaradi naravnih procesov, in od leta 2011 obstaja posebna skrb zaradi metanskega hidrata v nahajališčih permafrosta.