James Horner komponerte lydsporet til filmen, og hadde tidligere arbeidet med Cameron på og . Horner spilte inn deler av filmmusikken med et lite kor som sang på na'visk i mars 2008. Han arbeidet med etnomusikologen Wanda Bryant for å skape en musikkultur for na'viene i filmen. Han komponerte musikken som to ulike lydspor slått sammen til ett. Han komponerte først ett lydspor som reflekterte na'vienes lydverden og slo den sammen med et adskilt, «konvensjonelt» lydspor. Den britiske sangartisten Leona Lewis ble valgt til å synge temalåten i filmen, «I See You (Theme from Avatar)». Den ble komponert av Horner, skrevet av Horner og Kuk Harrell og produsert av Simon Franglen. Jake Nava regisserte en musikkvideo til sangen som ble utgitt på nettsamfunnet MySpace 15. desember 2009.