太阳能量以短波辐射形式抵达地球，把地球表面加热。地球表面透过释出红外线（长波辐射）以降温，但地球大气中的温室气体会吸收部分地球释放的红外线，然后再向四方八面释放红外线，部分红外线会射出太空，部分射回地球，为地球表面加热，造成温室效应。

地球大气由氮气（约78%）、氧气（约21%）、氩气（约0.9%）以及一些微量气体如二氧化碳、水汽及甲烷等组成。氮气和氧气共占大气成份九成以上，却不是温室气体，而二氧化碳只占约0.04%，却是大气中最重要的温室气体，并且是地球温度的主控钮。为什么二氧化碳是温室气体呢？要回答这个问题，大家首先要认识红外线是电磁波，而物理定律指出，气体分子的振动必导致分子内电荷相对分布的改变，该气体才能吸收电磁波。

让我们以氮气作为解释的例子（见图一左）。氮气分子由两个氮原子（蓝色球）组成，这两个氮原子带的正电荷是相同的，而且分布对称。氮原子沿著它们之间的化学键振动不会改变电荷的相对分布，因此氮气不能吸收红外线。那么，二氧化碳又如何呢？（见图一右）二氧化碳由两个氧原子（红色球）及一个碳原子（灰色球）组成，这个组合可以出现三种不同的振动模式。当碳原子沿著化学键移向其中一个氧原子，或碳原子相对于氧原子向上下振动时都会改变电荷的相对分布，因此二氧化碳能够吸收红外线辐射。

二氧化碳是大气中最重要的温室气体，它在2017年的平均浓度再创新高，达405.5 ppm，较工业化前水平高出约46%，最近更有研究指出，现今大气中二氧化碳的浓度可能是过去三百万年以来最高，情况实在令人忧虑。