Los dos componentes fundamentales de la atmósfera para mantener la temperatura del planeta son: el CO2 y el H2O. La regulación de la temperatura terrestre se produce debida a que estos dos compuestos absorben la radiación emitida por el sol y que una vez filtrada en las capas altas llega a la troposfera. Cuando la radiación solar desaparece por la noche, la tierra foco más frío que el sol, emite radiación de menor longitud de onda que la absorbida por estos dos gases. Este comportamiento hace que las oscilaciones térmicas entre el día y la noche no sean muy elevadas situación que no se dé en las zonas desérticas de aire muy seco.

El hombre altera ese ciclo, talando los bosques, lo que disminuye la capacidad de la naturaleza para eliminar el CO2 atmosférico quemando carburantes fósiles y disgregando la caliza para hacer cemento lo que hace aumentar su cantidad en la atmósfera. De esta forma el porcentaje de CO2 en la atmósfera ha ido aumentando. Las medidas de la cantidad de carbono atmosférico en otras épocas se han llevado a cabo con la técnica del carbono 14 aplicada a fósiles vegetales mantenidos entre hielo.

Este aumento tiene dos efectos principales: actúa sobre la fotosíntesis de las plantas, favoreciendo su crecimiento, y actúa, sobre todo, incrementado la absorción de la radiación emitida por la Tierra al enfriarse. Este efecto se conoce como efecto invernadero. Puesto que el CO2 actúa como la cubierta de un invernadero impidiendo que la radiación que la tierra emite al enfriarse abandone la atmósfera siendo reflejada nuevamente. Este efecto invernadero provoca un incremento de la temperatura de la tierra con lo que aumenta la evaporación del agua del mar hecho que incrementa a su vez el mismo efecto.

Se han realizado numerosos estudios sobre las consecuencias de este incremento de temperatura provocado valorando únicamente el aumento de la cantidad de CO2 en la atmósfera, estando previsto un incremento de 0.3 ºC cada 10 años. Sin embargo, hay otros factores, que se oponen a este incremento, y que pueden ser hasta la propia contaminación, de tal forma que las predicciones pueden no cumplirse.

Varios sistemas naturales a lo largo del mundo se han visto afectados por cambios regionales en el clima, fundamentalmente debido a incrementos de temperatura, entre ellos se puede destacar:  el retroceso de glaciares; el derretimiento de zonas de hielos perpetuos; el congelamiento tardío y el deshielo precoz de ríos y lagos; el alargamiento de las estaciones cálidas en latitudes medias y altas; el desplazamiento de ciertas especies de animales y plantas hacia latitudes y altitudes superiores; el retroceso de algunas poblaciones animales y vegetales; o la antelación en el florecimiento de algunos árboles, entre otros.