대기 중의 수증기와 이산화탄소(CO2) 등이 온실의 유리처럼 작용하여 지구 표면의 온도를 높게 유지하는 효과. 대기는 태양에서 복사되는 단파장을 거의 통과시켜 지표면까지 도달시키지만, 지표면에서 방출되는 복사는 파장이 길기 때문에 대기 중의 수증기·이산화탄소·오존 등에 대부분 흡수되거나, 다시 열로 지표면으로 방출된다.

그 결과 지표면과 하층대기는 온도의 상승이 있게 된다. 또한 이러한 온실 기체는 지구에서 생물의 서식을 가능하게 하였다. 이와 같은 온실효과가 없다면 지상의 온도는 현재보다 33 ℃나 낮아진다. 최근에는 화석 연료의 연소·화전농업(火田農業)·삼림의 벌채 등으로 인하여 지구의 온실효과가 나타나고 있다.

오늘날 지구 온난화 현상과 관련된 과학적 논쟁은 지구 기후의 이상현상을 설명하는 데 초점을 맞추고 있다. 즉, 온실효과 증가와 인간활동에 의한 온실 기체 농도의 증가에 기인한 연쇄작용에 대한 지구 기후의 분석이 그것이다. 예를 들면, 기온이 증가하면 대기 중의 수증기도 증가하게 된다.

대기 중의 수증기는 온실기체이기 때문에 온난화가 더욱 가중된다. 수증기의 증가와 대기순환의 변화는 구름의 양을 증가시키게 되며 이에 따라 냉각효과가 생긴다. 이와 같은 현상들을 토대로 과학자들은 온실효과 증가에서 오는 환경의 위험 및 인류 보건의 위험을 구체적으로 평가하게 된다.