O aquecimento da superfície e atmosfera da Terra é auxiliado por fenômeno natural conhecido como efeito estufa. À medida que luz solar aquece a superfície, atmosfera absorve calor ascendente, criando desequilíbrio energético. Gases na atmosfera influenciam o efeito estufa, afetando aspectos do clima terrestre.
À medida que energia solar penetra atmosfera, nuvens e partículas refletem parte de volta ao espaço. Energia que atinge superfície aquece solo e auxilia evaporação da água. Luz solar gera calor que sobe à atmosfera onde maioria é absorvida por gases atmosféricos. À medida que gases aquecem, atuam como escudo refletindo calor adicional da superfície de volta à Terra. Este efeito estufa continua em ciclo, adicionando calor à atmosfera. Este ciclo e quantidade de calor gerado são controlados pela energia solar atingindo superfície e concentração de vários gases na atmosfera.
Compostos químicos que absorvem calor radiado da superfície são gases de efeito estufa, muitos naturais. Vapor d'água é o mais comum. À medida que temperatura atmosférica sobe, evaporação da superfície aumenta, ar fica mais quente e retém mais vapor d'água. Este fenômeno permite vapor absorver calor adicional radiado da superfície, aumentando temperatura geral da atmosfera.
Níveis de dióxido de carbono produzidos naturalmente, principalmente por fotossíntese em plantas, respiração animal e interação oceanos-atmosfera, flutuam conforme estação e contribuem ao efeito estufa. Metano, liberado na atmosfera por processos biológicos, também é gás de efeito estufa.
Outros gases naturais: ozônio (formado por interação luz solar-oxigênio) e óxido nitroso (produzido por interação solo-água com microorganismos).
Clorofluorcarbonos (CFCs) não ocorrem naturalmente, e embora uso tenha reduzido pela descoberta de efeitos nocivos à atmosfera, concentrações permanecem como gás estufa artificial.
Além de ocorrer naturalmente, níveis de CO2 aumentam com queima de carvão, petróleo, gás natural e madeira, intensificando efeito estufa. Níveis de metano aumentaram devido a mineração de carvão, criação de gado e cultivo de arroz.
Agricultura, usando fertilizantes com nitrogênio, e processos industriais como usinas termelétricas usando combustíveis fósseis, aumentam óxido nitroso na atmosfera. Embora não considerado gás de efeito estufa, monóxido de carbono, criado por queima incompleta de combustíveis fósseis, regula níveis de metano e ozônio, contribuindo indiretamente.
Alguns cientistas preveem que, com aumento de gases de efeito estufa, clima da Terra aquecerá. Modelagem computacional indica temperatura média pode aumentar 2 a 5°C globalmente. No entanto, aumento de temperatura criaria maior evaporação dos oceanos, formando mais nuvens. Modelagem não considera efeito de cobertura de nuvens aumentada no efeito estufa ao reduzir energia solar atingindo superfície.