温室气体指的是大气中能吸收地面反射的长波辐射，并重新发射辐射的一些气体，如水蒸气、二氧化碳、大部分制冷剂等。它们的作用是使地球表面变得更暖，类似于温室截留太阳辐射，并加热温室内空气的作用。这种温室气体使地球变得更温暖的影响称为“温室效应”。水汽（H?O）、二氧化碳（CO?）、氧化亚氮（N?O）、氟利昂、甲烷（CH?）等是地球大气中主要的温室气体。
地球的大气中重要的温室气体包括下列数种：二氧化碳（CO?）、臭氧（O3）、氧化亚氮（N?O）、甲烷（CH4）、氢氟氯碳化物类（CFCs，HFCs，HCFCs）、全氟碳化物（PFCs）及六氟化硫（SF6）等。由于水蒸气及臭氧的时空分布变化较大，因此在进行减量措施规划时，一般都不将这两种气体 纳入考虑。至于在1997年于日本京都召开的联合国气候化纲要公约第三次缔约国大会中所通过的〔京都议定书〕，明订针对六种温室气体进行削减，包括上述所提及之： 二氧化碳（CO?）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N?O）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）及六氟化硫（SF6）。其中以后三类气体造成温室效应的能力最强，但对全球升温的贡献百分比来说，二氧化碳由于含量较多，所占的比例也最大，约为55%。
二氧化碳
大气中的二氧化碳（CO?）是植物光合作用合成碳水化合物的原料，它的增加可以增加光合产物，无疑对农业生产有利。同时，它又是具有温室效应的气体，对地球热量平衡有重要影响，因此它的增加又通过影响气候变化而影响农业。此外，大气中具有温室效应的微量气体还有甲烷、氯氟烃、一氧化碳、臭氧等，总的温室效应中二氧化碳的作用约占一半，其余为以上各种微量气体的作用。
二氧化碳浓度有逐年增加的趋势，50年代其质量分数年平均值约315×10（-6），70年代初已增加至325×10（-6），已超过345×10（-6），平均每年增加1.0-1.2×10（-6），或每年约以0.3%的速度增长。综合多数测定结果，在工业革命以前的二氧化碳质量分数为275×10（-6）。
大气中二氧化碳浓度增加的主要原因是工业化以后大量开采使用矿物燃料。1860年以来，由燃烧矿物质燃料排放的二氧化碳，平均每年增长率为4.22%，而近30年各种燃料的总排放量每年达到50亿吨左右。
大气中二氧化碳增加的另一个主要原因是采伐树木作燃料。森林原是大气碳循环中的一个主要的“库”，每平方米面积的森林可以同化1-2kg的二氧化碳。砍伐森林则把原本是二氧化碳的“库”变成了又一个向大气排放二氧化碳的“源”。据世界粮农组织（FAO，1982）估计，70年代末期每年约采伐木材24亿立方米，其中约有一半作为燃柴烧掉，由此造成的二氧化碳质量分数增加量每年可达0.4×10（-6）左右。
近200年来，另一个主要的温室气体——甲烷的增加也十分迅速。人和草食动物的肠道、粪便、沼泽地，稻田等都是产生甲烷的“源”。此外，人类在开采天然气和煤炭时，也向大气中排放甲烷。在工业化以前，大气中的甲烷的质量分数只有0.7×10（-6），已接近1.9×10（-6），预计到2030年可达到2.34×10（-6）。
氯氟烃是近50年工业污染的结果，70年代初首次检测到大气中的氯氟烃。由于氯氟烃可以破坏大气臭氧层而且本身又具有温室效应，因而已受到各国重视。
根据以上综合分析，如果按现二氧化碳等温室气体浓度的增加幅度，到21世纪30年代，二氧化碳和其它温室气体增加的总效应将相当于工业化前二氧化碳浓度加倍的水平，可引起全球气温上升1.5-4.5℃超过人类历史上发生过的升温幅度。由于气温升高，两极冰盖可能缩小，融化的雪水可使海平面上升20-140cm，对海岸城市会有严重的直接影响。
甲烷
甲烷是在缺氧环境中由产甲烷细菌或生物体腐败产生的，沼泽地每年会产生150Tg（1T=1012）消耗50Tg，稻田产生100Tg消耗50Tg，牛羊等牲畜消化系统的发酵过程产生100-150Tg，生物体腐败产生10-100Tg，合计每年大气层中的甲烷含量会净增350Tg左右。它在大气中存在的平均寿命在8年左右，可以通过下面的化学反应：
CH4+OH→CH3+H2O
消耗掉，而用于此反应的氢氧根（OH）的重量每年就达到500Tg。
一氧化二氮
一氧化二氮在大气层中的存在寿命是150年左右，尽管在对流层中是化学惰性的，但是可以利用太阳辐射的光解作用在同温层中将其中的90%分解，剩下的10%可以和活跃的原子氧O（1D）反应而消耗掉。即使如此大气层中的N2O仍以每年0.5-3Tg的速度净增。
N2O+hv→N2+O(1D)
N2O+O（1D）→N2+O2
N2O+O（1D）→2NO
氯氟碳化合物
氯氟碳化合物（CFC-11和CFC-12），它们在对流层中也是化学惰性的，但也可在同温层中利用太阳辐射光解掉或和活性碳原子反应消耗掉。
CCl?F+hv→CCl?F+Cl,
Cl?F?+hv→CClF?+Cl
CCl?F+O（1D）→CCl?F+ClO
CCl?F?+O（1D）→CClF+ClO
