Med unntak av vann, er karbondioksid den eneste sammensetningen som har blitt identifisert på Umbriels overflate ved hjelp av infrarød spektroskopi, og denne er primært beliggende på den bakre halvkulen. Opprinnelsen til denne karbondioksiden er ikke helt klar, men den kan ha blitt dannen lokalt fra karbonater eller organiske materialer under påvirkning av de energitske partiklene som kommer fra Uranus' magntosfære eller solens ultrafiolette stråling. Denne hypotesen kunne forklart asymmetrien i fordelingen, siden den bakre halvkulen er gjenstand for en mer intens magnetosfærisk påvirkning enn den førende. En annen mulig kilde er utgassing av primordial fanget i vannholdig is i det indre av Umrbiel. Utgassingen av fra månens indre kan være et resultat av tidligere geologisk aktivitet på Umbriel.