温室效应是指透射阳光的密闭空间由于与外界缺乏热交换而形成的保温效应，太阳短波辐射可以透过大气射入地面，而地面增暖后放出的长波辐射却被大气中的二氧化碳等物质所吸收，从而产生大气变暖的效应。
太阳是地球气候的根本能源，它在电磁波谱波长很短的谱区——主要是可见光区或近可见光区(如紫外谱区)——发射能量。到达地球大气顶层的太阳能量中，大约三分之一被直接反射回太空。其余三分之二被地球表面以及大气(所占份额很小)所吸收。
为了平衡所吸收的入射能量，平均而言，地球必须也向太空发射同样数量的能量。地球的温度比太阳要低得多，因此，地球是在电磁波谱波长长得多的谱区——主要是红外谱区——发射辐射。
但是仅从热辐射输送过程来理解温室效应还不够，还必须考虑大气温度垂直分布的作用。大气中的水汽和温室气体吸收了地表发射的长波热辐射，并同时以自身的温度向外空发射热辐射。
在大气高层，由于温度比地表低得多，这些气体发射的热辐射量比较小。这些高层的温室气体吸收了大量或全部由地表发射的长波辐射，但其向外发射的长波辐射却相对少得多。