Το φαινόμενο του θερμοκηπίου εμφανίζεται όταν ορισμένα αέρια στην ατμόσφαιρα της Γης (ο αέρας γύρω από τη Γη) παγιδεύουν την υπέρυθρη ακτινοβολία. Αυτό κάνει τον πλανήτη να γίνεται θερμότερος, παρόμοια με τον τρόπο που κάνει ένα θερμοκήπιο να γίνεται θερμότερο.
Το φαινόμενο του θερμοκηπίου προκαλείται από τα αέρια του θερμοκηπίου.Τα πιο σημαντικά αέρια του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα της Γης είναι: υδρατμοί, διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και μεθάνιο. Όταν υπάρχουν περισσότερα αέρια του θερμοκηπίου στον αέρα, ο αέρας συγκρατεί περισσότερη θερμότητα. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο περισσότερα αέρια του θερμοκηπίου προκαλούν κλιματική αλλαγή και υπερθέρμανση του πλανήτη.
Το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι φυσικό. Είναι σημαντικό για τη ζωή στη Γη. Χωρίς το φαινόμενο του θερμοκηπίου, η μέση θερμοκρασία της Γης θα ήταν περίπου -18 ή -19 βαθμοί Κελσίου (0 ή 1 βαθμός Φαρενάιτ). Η Γη θα βρισκόταν σε περίοδο παγετώνων. Λόγω του φαινομένου του θερμοκηπίου, η πραγματική μέση θερμοκρασία της Γης είναι 14 βαθμοί Κελσίου (57 βαθμοί Φαρενάιτ).
Το πρόβλημα είναι ότι πρόσφατα, το φαινόμενο του θερμοκηπίου έχει γίνει ισχυρότερο. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι οι άνθρωποι χρησιμοποιούν μεγάλες ποσότητες ορυκτών καυσίμων, τα οποία απελευθερώνουν διοξείδιο του άνθρακα όταν καίγονται. Δεδομένου ότι το διοξείδιο του άνθρακα είναι αέριο του θερμοκηπίου, έχει προκαλέσει τη θέρμανση του πλανήτη τα τελευταία 150 χρόνια.
Πριν από περίπου 10.000 χρόνια, προτού οι άνθρωποι αρχίσουν να καίνε μεγάλες ποσότητες ορυκτών καυσίμων, η ατμόσφαιρα περιείχε 260 έως 280 μέρη ανά εκατομμύριο (ppm) διοξειδίου του άνθρακα (CO2), ενώ σήμερα έχει πάνω από 400 ppm. Οι περισσότεροι επιστήμονες λένε ότι η ύπαρξη 350 ppm ή λιγότερο είναι ασφαλής για το περιβάλλον και ότι τα είδη στον πλανήτη μπορούν να προσαρμοστούν σε αυτό το επίπεδο. Τα υψηλότερα επίπεδα μπορούν να δημιουργήσουν σοβαρά προβλήματα για τη ζωική και θαλάσσια ζωή που ήδη παρατηρούνται σήμερα, όπως η οξίνιση των ωκεανών.
Το φαινόμενο του θερμοκηπίου προτάθηκε για πρώτη φορά από τον Joseph Fourier το 1824. Ο Άρης, η Αφροδίτη και άλλοι πλανήτες με ατμόσφαιρα έχουν επίσης φαινόμενα θερμοκηπίου. Το φαινόμενο στην Αφροδίτη είναι ιδιαίτερα ισχυρό επειδή η Αφροδίτη έχει τόσο πολύ CO2. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο η Αφροδίτη είναι θερμότερη από τον Ερμή, παρόλο που ο Ερμής είναι πιο κοντά στον ήλιο. Ο πρώτος που προέβλεψε ότι το διοξείδιο του άνθρακα από την καύση ορυκτών καυσίμων (και άλλες διεργασίες καύσης) θα μπορούσε να προκαλέσει υπερθέρμανση του πλανήτη ήταν ο Svante Arrhenius.
