Nhiệt độ trái đất tương đối ổn định do phần lớn năng lượng mặt trời tác động đến bầu khí quyển của trái đất bức xạ trở lại vào không gian. Tuy nhiên từ những năm 1980, năng lượng không còn được phân tán vào phạm vi không gian như trước đây. Mà phần lớn bị giữ lại trong không khí và trái đất đang trải qua xu hướng ấm dần lên. Sự ấm lên này là do hàm lượng khí cacbon dioxide, hơi nước và các loại chất khác trong không khí tăng. Thời kỳ công nghiệp bắt đầu với khám phá cho biết rằng, năng lượng trong than đá có thể được sử dụng để chuyển đổi nước thành hơi. Dần dần, hơi nước có thể được dùng để điều khiển trục quay của một động cơ hay đầu máy. Nguồn điện lưu động mới mẻ này sau đó có thể được sử dụng để cung cấp điện cho tàu lửa, thuyền và các loại máy móc trong các nhà máy. Sự phát triển của điện năng khiến cho quá trình sử dụng nhiên liệu tăng nhanh. Khi đốt cháy nhiên liệu hóa thạch, ban đầu là than đá và sau đó là dầu mỏ, thì chúng sẽ thải ra khí cacbon dioxide. Nhu cầu năng lượng toàn cầu trở nên quá lớn đến nổi đã sinh ra một lượng khí cacbon dioxide khổng lồ.

     Có hai phương pháp loại bỏ khí cacbon dioxide (CO₂) từ không khí. Cây xanh phân giải khí CO₂ trong suốt quy trình quang hợp. Khí cacbon dioxide hòa tan trong đại dương có thể được chuyển đổi thành đá trầm tích (cancium magnesium carbonate: CaMg(CO₃)₂).

     Khả năng hoạt động của hai hệ thống này đã bị hạn chế rất nhiều. Khi con người tàn phá rừng bằng hành động chặt phá rừng mà không trồng lại cây mới và làm ô nhiễm đại dương bằng việc đổ chất bẩn xuống lòng đại dương, thì việc loại bỏ carbon dioxide từ không khí bị giảm đi nhiều. Cùng lúc đó, mỗi năm, thế giới lại đang sản sinh ra một lượng khí cacbon dioxide luôn luôn tăng do dân số tăng. Bởi vậy, lượng khí CO₂ tồn tại trong bầu không khí mỗi năm ngày một nhiều hơn. Nhiều nghiên cứu tiết lộ rằng, khoảng ½ lượng CO₂ hiện tại được thải vào không khí thì vẫn luôn còn lại ở đó chứ không được phân tán đi.

     Mặt trời tỏa sức nóng vào không gian theo mọi hướng. Nguồn năng lượng mặt trời sẽ chạm đến trái đất liên tục từ lúc bắt đầu hình thành. Lượng bức xạ này sẽ bức xạ ngược trở lại vào không gian hoặc bản thân trái đất sẽ hấp thu chúng. Ozone (O₃) trong tầng khí quyển cao hơn sẽ hấp thu một phần ánh sáng cực tím, tia X, và bức xạ gamma có bước sóng ngắn, và đồng thời ngăn cản không cho chúng chạm đến bề mặt trái đất. Khoảng một nửa năng lượng đến được trái đất sẽ chạm tới thực vật, sóng biển, các vùng đất phủ tuyết và các vùng biển bị băng vùi lấp vốn có thể bức xạ ngược trở lại vào không gian. Tại các tầng khí quyển thấp hơn tầng ozone, các hạt bụi lơ lửng trong không khí, mây và trên bề mặt trái đất sẽ bức xạ khoảng 3% lượng bức xạ đến trái đất ngược trở lại không gian. Những giọt nước nhỏ, hơi nước, và bụi trong không khí đã hấp thu khoảng 1/5 năng lượng mặt trời.

     Do việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch trong xe hơi, trong các nhà máy điện sử dụng than đá và trong các loại máy phát điện khác đã sản sinh ra cả cacbon dioxide và hơi nước, nên mỗi năm lượng khí này vẫn duy trì ngày càng nhiều trong bầu khí quyển. Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, hơi nước và carbon dioxide hấp thu các bức xạ. Bởi vậy, ngày càng có nhiều bức xạ nhiệt được hấp thu và được giữ lại trong không khí. Điều này khiến cho nhiệt độ trái đất tăng lên, được gọi là hiệu ứng nhà kính. Nhà kính sẽ để ánh nắng mặt trời lọt vào qua bờ kính của nó. Ánh sáng làm ấm bên trong, và kính sẽ không để hơi nóng được giải thoát. Tương tự như hiện tượng hấp thụ nhiệt của kính, khí CO₂ và hơi nước trong không khí cũng hấp thụ hơi nóng có bước sóng dài được phát ra bởi trái đất.

Hiệu ứng nhà kính gây ra nhiều mối quan ngại do hiện tượng nóng lên toàn cầu có thể có nhiều tác động xấu. Viện hàn lâm khoa học quốc gia đã dự báo rằng, nhiệt độ toàn cầu tăng 3% sẽ đồng thời làm tăng gấp đôi lượng khí CO₂ trong không khí. Một mẩu không khí thông thường chứa xấp xỉ 0,033% hay 320 ppm khí CO₂. Theo tổ chức này, mức CO₂ đã tăng từ 10% đến 12% trong thế kỷ sau năm 1880. Ảnh hưởng của việc này là làm tăng nhiệt độ trung bình toàn cầu lên 0,4^oC. Nhiệt độ tăng dẫn đến hiện tượng tan chảy băng ở một số nơi đầu bắc cực và sông băng. Mực nước biển toàn cầu tăng lên 5,4 inch (khoảng 14cm) trong quãng thời gian đó.

Bảy mươi nhà khoa học khí quyển của Viện hàn lâm Khoa học quốc gia đã ban hành một báo cáo vào năm 1983. Dựa trên những mô hình quy trình khí quyển do máy tính giả định, họ cảnh báo rằng một lượng gấp đôi các mức khí carbon dioxide trong không khí sẽ nâng mức nhiệt độ khí quyển trung bình lên từ 1,5^oc đến 4,5^oc (từ 2,7^oF đến 8,1^oF). Hơn thế nữa, nhiệt độ tăng tại các cực trái đất có thể hơn gấp 2 gấp 3 lần các mức này. Mô hình khí quyển trái đất năm 1985 cho thấy rằng, sự nóng lên toàn cầu sinh ra từ việc tích lũy khí carbon dioxide có thể chỉ lớn hơn ½ lần so với những dự đoán trước đây bởi vì những đám mây dày đặc hơn và ẩm ướt hơn, chứa nhiều CO₂ hơn chắc chắn sẽ phản chiếu lượng ánh nắng mặt trời vào không gian nhiều hơn. Tuy nhiên, nhiều nghiên cứu khác đã tự biện rằng, hàng tá các loại khí khác, chẳng hạn như những lượng nhỏ cloflocacbon (CFCs) được tìm thấy trong không khí cũng có thể khiến cho nhiệt độ toàn cầu tăng lên ít nhất là bằng với mức tăng nhiệt độ do carbon dioxide gây ra.

Hiện tượng ấm lên toàn cầu có thể gây nên hai tác động nguy hại. Sự phân phối lượng mưa và mưa tuyết trên nhiều vùng trái đất có thể thay đổi. Sự thay đổi này có thể là, các khu vực trồng trọt chính trên thế giới (chẳng hạn như các vùng ở Mỹ) sẽ chuyển dịch theo hướng bắc về phía khu vực của nước Canada và các khu vực khác có vĩ độ cao hơn, nơi đây đất trồng có xu hướng cằn cỗi hơn và ít năng suất hơn. Thứ hai, các tảng băng và các cánh đồng băng rộng lớn có thể tan chảy, khiến cho mực nước biển trung bình có thể sẽ tăng 8 feet (2,4 mét) năm 2100. Nếu điều này xảy ra, có khả năng các thành phố ven biển và các khu vực công nghiệp sẽ bị ngập lụt.