Les principaux gaz à effet de serre non artificiels sont : la vapeur d'eau; le dioxyde de carbone; le méthane; le protoxyde d'azote; et l'ozone.

L'eau (sous forme de vapeurs ou de nuages) est à l'origine de 72 % de l'effet de serre total^[].

Le mécanisme de l'effet de serre

Sous l'effet des gaz à effet de serre, l'atmosphère terrestre se comporte comme la vitre d'une serre, laissant entrer une large part du rayonnement solaire, mais retenant le rayonnement infrarouge réémis.

La transparence de l'atmosphère permet au rayonnement solaire d'atteindre le sol. L'énergie ainsi apportée s'y transforme en chaleur. Comme tout corps chaud, la surface de la Terre rayonne sa chaleur vers le ciel. Mais les GES et les nuages sont opaques aux rayons infrarouges émis par la Terre. En absorbant ces rayonnements, ils emprisonnent l'énergie thermique près de la surface du globe, où elle réchauffe l'atmosphère basse. Les nuages qui sont des particules de glace (ou d'eau liquide) réfléchissent le rayonnement solaire vers l'espace et le rayonnement terrestre vers elle sans changer leur longueur d'onde.

Émissions dues aux activités humaines

Les centrales thermiques à flamme causent une bonne part des émissions de GES.

Les concentrations en gaz à effet de serre dans l'atmosphère augmentent depuis le 19e siècle^]. Le phénomène est probablement dû aux activités humaines, comme l'utilisation massive de combustibles fossiles tels le charbon, les produits pétroliers et le gaz naturel.

La déforestation : une forêt mature est un réservoir important de carbone. La disparition de surfaces toujours plus grandes de forêt au profit de cultures ou de pâturages (emmagasinant une quantité moindre de matière organique), a pour effet d'augmenter les rejets de CO₂ dans l'atmosphère. En effet, la pousse de jeunes arbres ne peut plus absorber autant de carbone qu'en génère la dégradation des arbres morts.

L'utilisation des CFC dans les systèmes de réfrigération et de climatisation conduit aussi à des rejets préoccupants, notamment du fait de durées de vie dans l'atmosphère particulièrement longues.

L’industrie de la réfrigération utilise de plus en plus de gaz que l’on retrouve à l’état naturel et qui ont un effet beaucoup moins dommageables pour l’environnement, tels le CO2 et l’ammoniac, notamment. 

Le potentiel de réchauffement global

Chaque GES a un effet différent sur le réchauffement global. Par exemple, sur une période de 100 ans, un kilo de méthane à un impact sur l'effet de serre 25 fois plus grand qu'un kilo de CO₂. Alors pour comparer les émissions de chaque gaz, en fonction de leur impact sur les changements climatiques on préfère utiliser des unités communes : l'équivalent CO₂ ou bien l'équivalent carbone; plutôt que de mesurer les émissions de chaque gaz.

Émissions de CO₂ dans le monde

Les émissions de CO₂ dans le monde ont augmenté de 33,4% entre 1990 et 2006. Entre 2005 et 2006, elles ont augmenté de 3,2%.

La situation est très contrastée selon les zones géographiques. En 2006, les deux pays plus gros émetteurs de CO₂ étaient les États-Unis (20,3% des émissions mondiales), suivis de très près par la Chine (20,2%). Toutefois, étant donné le fort taux d'augmentation annuel de la Chine, celle-ci est devenue depuis 2006 le plus gros émetteur mondial de CO₂.

Il y a une forte disparité dans les taux d'augmentation des émissions entre 1990 et 2006 selon les zones géographiques dans le monde. La plus forte augmentation est au Moyen-Orient, avec un taux de +119%. Puis c'est l'Extrême-Orient avec +108%, mais il faut distinguer dans cet ensemble la Chine qui a une augmentation de +151%, et l'Inde de +112%.