溫室效應是指透射陽光的密閉空間由於與外界缺乏熱交換而形成的保溫效應，太陽短波輻射可以透過大氣射入地面，而地面增暖後放出的長波輻射卻被大氣中的二氧化碳等物質所吸收，從而產生大氣變暖的效應。
太陽是地球氣候的根本能源，它在電磁波譜波長很短的譜區——主要是可見光區或近可見光區(如紫外譜區)——發射能量。到達地球大氣頂層的太陽能量中，大約三分之一被直接反射回太空。其餘三分之二被地球表面以及大氣(所佔份額很小)所吸收。
為了平衡所吸收的入射能量，平均而言，地球必須也向太空發射同樣數量的能量。地球的溫度比太陽要低得多，因此，地球是在電磁波譜波長長得多的譜區——主要是紅外譜區——發射輻射。
但是僅從熱輻射輸送過程來理解溫室效應還不夠，還必須考慮大氣溫度垂直分佈的作用。大氣中的水汽和溫室氣體吸收了地表發射的長波熱輻射，並同時以自身的溫度向外空發射熱輻射。
在大氣高層，由於溫度比地表低得多，這些氣體發射的熱輻射量比較小。這些高層的溫室氣體吸收了大量或全部由地表發射的長波輻射，但其向外發射的長波輻射卻相對少得多。
