二氧化碳是温室氣體，二氧化碳對光輻射沒有阻礙，但是能吸收紅外線並阻擋紅外線通過，就像温室的玻璃頂罩一樣，能量進來容易出去難。大氣中的二氧化碳越多，對地球上熱量逸散到外層空間的阻礙作用就越大，從而使地球温度升高得越快，這種現象就叫做温室效應。
温室氣體指的是大氣中能吸收地面反射的長波輻射，並重新發射輻射的一些氣體，如水蒸氣、二氧化碳、大部分製冷劑等。它們的作用是使地球表面變得更暖，類似於温室截留太陽輻射，並加熱温室內空氣的作用。這種温室氣體使地球變得更温暖的影響稱為“温室效應”。水汽（H₂O）、二氧化碳（CO₂）、氧化亞氮（N₂O）、氟利昂、甲烷（CH₄）等是地球大氣中主要的温室氣體。
地球的大氣中重要的温室氣體包括下列數種：二氧化碳（CO₂）、臭氧（O3）、氧化亞氮（N₂O）、甲烷（CH4）、氫氟氯碳化物類（CFCs，HFCs，HCFCs）、全氟碳化物（PFCs）及六氟化硫（SF6）等。由於水蒸氣及臭氧的時空分佈變化較大，因此在進行減量措施規劃時，一般都不將這兩種氣體納入考慮。
至於在1997年於日本京都召開的聯合國氣候化綱要公約第三次締約國大會中所通過的《京都議定書》，明訂針對六種温室氣體進行削減，包括上述所提及之：二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（N₂O）、氫氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）及六氟化硫（SF6）。其中以後三類氣體造成温室效應的能力最強，但對全球升温的貢獻百分比來説，二氧化碳由於含量較多，所佔的比例也最大，約為25%。
