En la atmósfera hay en pequeñas cantidades una serie de gases que conocen como "gases de efecto invernadero". El vapor de agua, el dióxido de carbono, el ozono, el metano y el óxido nitroso, que son los principales gases de efecto invernadero, absorben energía de la misma manera en que lo hacen los cristales de un automóvil cerrado o de un invernadero. A este efecto invernadero natural se debe que la temperatura media de la superficie de la Tierra sea unos 30º C más elevada de lo que habría sido en su ausencia y, en consecuencia, que el hombre pueda vivir en el planeta.

Sin embargo, las emisiones ocasionadas por las actividades humanas han hecho aumentar las concentraciones de esos gases en la atmósfera, incrementando en consecuencia la capacidad de dichos gases para absorber energía. Los niveles de dióxido de carbono han pasado en volumen de 280 partes por millón antes de la revolución industrial a casi 360 actualmente.

Las emisiones antropogénicas de dióxido de carbono, que es el principal gas de efecto invernadero, proceden principalmente de la utilización de carbón, petróleo y gas natural, así como de la destrucción de bosques y otros "sumideros" y "reservorios" naturales que absorben el dióxido de carbono de la atmósfera.

El cambio climático suele ser sinónimo de calentamiento mundial, debido a que una de las posibles consecuencias del incremento de las concentraciones atmosféricas de gases de efecto invernadero, es un aumento de la temperatura media. No obstante, hay que señalar que otros efectos pueden ser igualmente importantes y dar lugar a nuevas configuraciones de los vientos, las precipitaciones y la circulación de los océanos. Los científicos siguen estudiando indicios de los climas pasados y datos obtenidos a partir de modelos informáticos sobre la circulación de la atmósfera y los océanos, con miras a descubrir respuestas más concluyentes.