太陽能量以短波輻射形式抵達地球，把地球表面加熱。地球表面透過釋出紅外線（長波輻射）以降溫，但地球大氣中的溫室氣體會吸收部分地球釋放的紅外線，然後再向四方八面釋放紅外線，部分紅外線會射出太空，部分射回地球，為地球表面加熱，造成溫室效應。

地球大氣由氮氣（約78%）、氧氣（約21%）、氬氣（約0.9%）以及一些微量氣體如二氧化碳、水汽及甲烷等組成。氮氣和氧氣共佔大氣成份九成以上，卻不是溫室氣體，而二氧化碳只佔約0.04%，卻是大氣中最重要的溫室氣體，並且是地球溫度的主控鈕。為什麼二氧化碳是溫室氣體呢？要回答這個問題，大家首先要認識紅外線是電磁波，而物理定律指出，氣體分子的振動必導致分子內電荷相對分佈的改變，該氣體才能吸收電磁波。

讓我們以氮氣作為解釋的例子（見圖一左）。氮氣分子由兩個氮原子（藍色球）組成，這兩個氮原子帶的正電荷是相同的，而且分佈對稱。氮原子沿著它們之間的化學鍵振動不會改變電荷的相對分佈，因此氮氣不能吸收紅外線。那麼，二氧化碳又如何呢？（見圖一右）二氧化碳由兩個氧原子（紅色球）及一個碳原子（灰色球）組成，這個組合可以出現三種不同的振動模式。當碳原子沿著化學鍵移向其中一個氧原子，或碳原子相對於氧原子向上下振動時都會改變電荷的相對分佈，因此二氧化碳能夠吸收紅外線輻射。

二氧化碳是大氣中最重要的溫室氣體，它在2017年的平均濃度再創新高，達405.5 ppm，較工業化前水平高出約46%，最近更有研究指出，現今大氣中二氧化碳的濃度可能是過去三百萬年以來最高，情況實在令人憂慮。