Hlavnými skleníkovými plynmi sú vodná para, oxid uhličitý (CO₂), ozón (O₃), metán (CH₄), oxidy dusíka a freóny resp. halóny (CFC). Okrem CFC všetky ostatné plyny sa v prírode vyskytujú prirodzene. Spolu predstavujú menej ako 1 % zloženia zemskej atmosféry. Je to však dosť na to, aby vytvorili “prirodzený skleníkový jav” na Zemi. Tento efekt udržuje teplotu Zeme asi o 30 st. Celzia vyššiu ako by bola bez prítomnosti týchto plynov v atmosfére, a tak umožňuje život na Zemi vo forme ako ho poznáme.

Už v roku 1896, švédsky chemik Svante Arrhenius zistil, že oxid uhličitý uvoľňovaný pri spaľovaní uhlia môže zvýšiť atmosferickú teplotu v budúcnosti. Pochopil, že tento plyn je skleníkovým plynom, vytvárajúcim atmosferickú obálku absorbujúcu teplo. Spočiatku sa myšlienka, že niekoľko miliárd obyvateľov Zeme by mohlo zmeniť zloženie atmosféry, zdala absurdná. Avšak celková vrstva vzduchu, siahajúca len do vzdialenosti 50 km od povrchu Zeme, sa ukázala byť prekvapujúco tenká. Ak by Zem mala veľkosť jablka, potom by jej atmosféra bola hrubá len ako jeho šupka.

Koncentrácia skleníkových plynov v atmosfére bola po milióny rokov v rovnováhe. Rovnováha v koncentrácii CO₂ bola až do nástupu priemyselnej revolúcie zabezpečovaná prírodnými procesmi, pri ktorých významnú úlohu hrajú rastliny. Tieto pohlcujú CO₂ zo vzduchu a vody a premieňajú ho na rastlinné bunky - biomasu. Táto reakcia (fotosyntéza) prebieha vďaka slnečnému žiareniu a dá sa zapísať nasledovne :

kde CH₂O reprezentuje biomasu. Keď rastliny v prírode odumrú (hnijú) alebo sú spálené, v nich viazaný uhlík opäť uvoľňujú do atmosféry vo forme CO₂.

Biomasa sa však po milióny rokov nachádza aj pod zemským povrchom vo forme fosílnych palív ako je uhlie, ropa alebo zemný plyn. Tieto palivá sa vytvorili z organickej hmoty - z odumretých rastlín a živočíchov. Človek palivá ťaží resp. využíva, a tak narušuje pôvodnú rovnováhu. Emisiám skleníkových plynov pri spaľovaní fosílnych palív nie je možné zabrániť. Výroba elektriny, tepla alebo jazda autom je vždy spojená s emisiami a záťažou atmosféry. Niektoré z týchto činností prispievajú ku skleníkovému javu viac iné menej.

Vznik CO₂ pri spaľovaní fosílnych palív obsahujúcich uhlík (vo forme CH₂) sa dá zapísať nasledovne :

Ďalšie skleníkové plyny ako napr. metán môžu vznikať pri nekvalitnom spaľovaní.

Z celkových emisií, ktoré ľudstvo ročne produkuje pripadá na výrobu energie asi 40%, na dopravu 20% a na obyvateľstvo a služby 20%. Zostávajúcich 20% predstavujú iné činnosti ako napr. odlesňovanie a poľnohospodárstvo. V poslednom období najrýchlejší rast zaznamenali emisie pochádzajúce z výroby elektriny a z dopravy, ktoré mimoriadnym tempom rastú obzvlášť v rozvojových krajinách.

Percentuálne zastúpenie zdrojov emisií skleníkových plynov vo svete.

Koncentrácia CO₂ v atmosfére sa zvyšuje aj vďaka tomu, že človek ničí lesné porasty rýchlejšie ako sú tieto nahradzované novými. Typickým príkladom je likvidácia tropických pralesov, ktorá v súčasnosti nadobudla obrovské rozmery. Ročne zmizne zo zemského povrchu viac ako 170.000 kilometrov štvorcových dažďových pralesov. Je to plocha 3,5 krát väčšia ako rozloha Slovenskej republiky.

• Ak by emisie mali postupovať takým tempom ako dnes, je isté že koncentrácia CO₂ v atmosfére sa v porovnaní s obdobím pred začiatkom priemyselnej revolúcie, čoskoro zdvojnásobí a bude až trojnásobná v roku 2100. Proces narastania koncentrácie sa stále zrýchľuje. V dôsledku ľudskej činnosti bolo približne 2/3 oxidu uhličitého v atmosfére nahromadené od obdobia skončenia druhej svetovej vojny.

Koncentrácia oxidu uhličitého v atmosfére dosiahla 368 ppm (dielov na milión dielov vzduchu) čo je najviac za posledných 150.000 rokov. Je to o 30% viac ako v čase pred priemyselnou revolúciou, ktorá odštartovala proces spaľovania fosílnych palív - hlavne uhlia. Životnosť CO₂ v atmosfére je približne 50-200 rokov čo znamená, že ak by sa dnes okamžite znížili všetky emisie CO₂ na nulu, ešte v roku 2100 by sa v atmosfére nachádzala polovica emisií CO₂ pochádzajúca z ľudskej činnosti. Zmeny v zložení atmosféry spôsobené človekom pravdepodobne už prispeli k pozorovanému nárastu teploty na Zemi za posledných 150 rokov.

V 80-tych rokoch vedci po prvýkrát zistili nárast koncentrácie ďalších skleníkových plynov (metán, oxid dusný a iné), pričom ich príspevok ku skleníkovému javu predstavuje asi 50%. Koncentrácia metánu narástla ako dôsledok extenzívnej poľnohospodárskej výroby resp. ťažby a spracovania fosílnych palív, v porovnaní s predindustriálnym obdobím o 145 %. Ďalší príspevok predstavujú chemické látky (CFC a HCFC) používané v priemysle na chladenie. Výroba týchto látok je však s ohľadom na ich vplyv na ničenie ozónovej vrstvy postupne obmedzovaná.

• Najväčším prispievateľom k prirodzenému skleníkovému javu je vodná para. Jej prítomnosť v atmosfére nie je priamo človekom ovplyvnená. Avšak vodná para má vplyv na klimatické zmeny z hľadiska existencie kladnej spätnej väzby. Teplejší vzduch udržuje viac vlhkosti a z počítačových modelov vyplýva, že mierne globálne oteplenie by viedlo k nárastu koncentrácie vodných pár, čím by sa ďalej zosilnil účinok skleníkového javu. Keďže počítačové modelovanie oblačnosti a zrážkovej činnosti je mimoriadne zložité, zostáva presný rozsah tejto spätnej väzby neistý.
• Oxid uhličitý je v súčasnosti zodpovedný za viac ako 60 % zosilneného skleníkového javu, spôsobujúceho klimatické zmeny. Tento plyn sa v atmosfére vyskytuje prirodzene, avšak spaľovanie uhlia ropy a zemného plynu vedie k neuveriteľne rýchlemu uvoľňovaniu uhlíka do atmosféry, ktorý bol predtým uskladnený vo fosílnych palivách. Podobným spôsobom prispieva k uvoľňovaniu uhlíka (predtým uloženom v stromoch) aj odlesňovanie. Súčasné celosvetové ročné emisie uhlíka do atmosféry predstavujú asi 7 miliárd ton, čo je asi 1 % celkovej hmotnosti oxidu uhličitého v atmosfére.
• Oxid uhličitý vyprodukovaný ľudskou činnosťou vstupuje do prírodného uhlíkového cyklu. Mnoho miliárd ton oxidu uhličitého sa prirodzene vymieňa každý rok medzi atmosférou, oceánmi a vegetáciou. Tieto výmeny boli v prírode v rovnováhe a počas 10 tisíc rokov pred nástupom priemyselnej revolúcie došlo ku zmene koncentrácie oxidu uhličitého o menej ako 10 %. Za posledných 200 rokov sa však jeho koncentrácia zvýšila až o 30 %. Hoci polovica oxidu uhličitého tvoreného ľudskou činnosťou je pohlcovaná oceánmi a vegetáciou, atmosferická koncentrácia rastie o 10 % každých 20 rokov.
• Ďalším dôležitým ľudským vplyvom na klímu sú emisie aerosólov. Tieto oblaky mikroskopických častíc nie sú skleníkovými plynmi. Popri rôznych prírodných procesoch sú vytvárané z oxidu síričitého vypúšťaného hlavne elektrárňami a dymom z odlesňovania. Aerosóly “vypadávajú” z atmosféry po niekoľkých dňoch, avšak tým že sú produkované v obrovských množstvách je ich vplyv na klímu významný. Aerosóly ochladzujú klímu miestne, tým že odrážajú slnečné žiarenie späť do vesmíru. Aerosóly sú navyše zárodkom oblačnosti, ktorá má taktiež ochladzovací efekt. Nad veľmi priemyselne rozvinutými oblasťami môžu aerosóly eliminovať otepľovanie spôsobené nárastom koncentrácie skleníkových plynov.
• Metán je ďalším veľmi významným skleníkovým plynom, ktorého atmosferická koncentrácia sa vďaka ľudskej činnosti zdvojnásobila. Hlavným ľudským zdrojom metánu je poľnohospodárstvo, kde najvýznamnejšiu úlohu hrá pestovanie ryže a chov dobytka. Ďalšími zdrojmi emisií sú skládky odpadov, uhoľné baníctvo a ťažba zemného plynu. Hlavnými záchytmi sú chemické reakcie v atmosfére, ktoré je však veľmi zložité modelovať a predpovedať.
• Emisie metánu z minulosti dnes prispievajú 15-20 % k zosilnenému skleníkovému javu. Rýchly nárast koncentrácií metánu sa v porovnaní s oxidom uhličitým prejavil len nedávno, avšak jeho príspevok začína byť významný. Výhodou je, že doba životnosti metánu v atmosfére je len 12 rokov, kým oxid uhličitý v nej zostáva oveľa dlhšie.
• Oxidy dusíka, freóny (CFC) a ozón prispievajú 20 % ku zosilnenému skleníkovému javu. Koncentrácie oxidov dusíka sa zvýšili o 15 % hlavne v dôsledku intenzívneho poľnohospodárstva. Emisie freónov rástli až do 90-tych rokov. Potom ich koncentrácie boli, vďaka uplatňovaniu prísnejších pravidiel na ochranu stratosferického ozónu (Montrealský protokol), stabilizované. Koncentrácie ozónu v prízemných vrstvách atmosféry v niektorých regiónoch rastú hlavne v dôsledku znečistenia ovzdušia (doprava), hoci v stratosfére tieto koncentrácie klesajú.