Existem muitas reações químicas envolvidas nas mudanças climáticas. A primeira é a fotossíntese, que retira dióxido de carbono da atmosfera e o converte em oxigênio. A queima de combustíveis fósseis, como carvão, no entanto, bombeia quantidades crescentes de dióxido de carbono e outros compostos de volta ao ar. Isso, por sua vez, tanto esgota o ozônio quanto direciona mais energia de volta à superfície da Terra, aquecendo o planeta.
A energia do sol impulsiona ciclos de criação de vida como a fotossíntese, que emite oxigênio em nossa água e ar. Quando o planeta absorve energia do sol, também reemite parte dessa energia para o espaço fora da atmosfera. Gases de efeito estufa na atmosfera, no entanto, retêm parte dessa energia antes que ela saia. Essa energia retida é então direcionada de volta à superfície da Terra. Sem esse efeito estufa, segundo a EPA, o planeta seria em média 33°C mais frio e a vida não seria sustentável.
Embora o efeito estufa torne a vida na Terra possível, a quantidade de combustíveis fósseis bombeando poluentes para o ar intensifica esse efeito, impulsionando as mudanças climáticas. Combustíveis fósseis são liberados na atmosfera quando indústrias queimam substâncias como carvão, petróleo e gasolina. Ao queimar, liberam óxidos nitroso, dióxido de carbono, dióxido de enxofre e compostos de mercúrio. Esses gases aumentam a energia redirecionada de volta à Terra em vez do espaço. Conforme isso continua, o planeta aquece gradualmente. A reação química da queima de combustíveis fósseis é: 6 O2 + C6H12O6 → 6 H2O + 6 CO2.
Segundo o Centro de Tecnologia Educacional, quantidades crescentes de dióxido de carbono na atmosfera podem afetar futuras taxas de fotossíntese na Terra. Quando plantas absorvem energia do sol, também consomem dióxido de carbono e o transformam em oxigênio, liberando-o na água e no ar. Se houver quantidade cada vez maior de CO2 na atmosfera, é possível que as plantas tenham dificuldade em absorver o suficiente para liberar oxigênio suficiente em nossa água e ar.
Jeannie Allen, do Observatório da Terra da NASA, postula que as mudanças climáticas também afetam a quantidade de ozônio na atmosfera. O ozônio gera calor absorvendo radiação infravermelha e ultravioleta do sol e da superfície do planeta. Níveis crescentes de gases de efeito estufa, no entanto, esgotam lentamente o ozônio na atmosfera e estratosfera. Conforme as quantidades de gases bombeados na atmosfera continuam crescendo, o ozônio pode ser lentamente esgotado. Isso poderia, teoricamente, tanto resfriar o planeta quanto permitir quantidades insuportáveis de radiação solar atingirem a superfície.