Hlavní příčinou oteplování je skleníkový efekt způsobený zvyšováním koncentrace tzv. skleníkových plynů v atmosféře.
Přítomnost tzv. skleníkových plynů (hlavně H2O, CO2 a CH4) zajišťuje, že teplota atmosféry je cca o 30 st. vyšší než bez nich - činí tedy Zemi obyvatelnou.
Další zvyšování jejich koncentrace však způsobuje další - už nežádoucí - nárůst teploty.
Skleníkové plyny jsou propustné pro krátkovlnná záření (viditelné světlo), které jimi pronikne na povrch Země.
Země vyzáří (podle zákonitostí o záření absolutně černého tělesa) část energie zpět, ale už ve formě záření s delší vlnovou délkou, tepelného, které přes skleníkové plyny neunikne v takové míře ven do vesmíru.
Homogenní dvouatomové molekuly další plynů ve vzduchu (hlavně O2 a N2) se na skleníkovém efektu nepodílí.
Vědecké debaty se nevedou o tom, zda skleníkové plyny oteplují atmosféru, ale spíše, jak velký vliv mají a jaké jsou další faktory - kladné i záporné.