Hiệu ứng nhà kính diễn ra khi khí quyển chứa khí đã hấp thụ tia cực quang. Hơi nóng từ mặt trời xuống Trái Đất đã bị giữ lại ở tầng đối lưu, tạo ra hiệu ứng nhà kính ở bề mặt các hành tinh hoặc các Vệ tinh.Cơ cấu hoạt động này không khác nhiều so với một nhà kính (dùng để cho cây trồng) thật, điều khác biệt là nhà kính (cây trồng) có các cơ cấu cách biệt hơi nóng bên trong để giữ ấm không bị mất qua quá trình đối lưu. Hiệu ứng nhà kính được khám phá bởi nhà khoa học Joseph Fourier vào năm 1824, thí nghiệm đầu tiên có thể tin cậy được là bởi nhà khoa học John Tyndall vào năm 1858, và bản báo cáo định lượng kĩ càng được thực hiện bởi nhà khoa học Svante Arrhenius vào năm 1896. Một ví dụ về Hiệu ứng nhà kính làm cho nhiệt độ của không gian bên trong của một nhà trồng cây làm bằng kính tăng lên khi Mặt Trời chiếu vào. Nhờ vào sức ấm này mà cây có thể đâm chồi, ra hoa và kết trái sớm hơn. Ngày nay người ta hiểu khái niệm này rộng hơn, dẫn xuất từ khái niệm này để miêu tả hiện tượng nghẽn nhiệt trong bầu khí quyển của Trái Đấtđược Mặt Trời chiếu sáng là hiệu ứng nhà kính khí quyển. Trong hiệu ứng nhà kính khí quyển, phần được đoán là do tác động của loài người gây ra được gọi là hiệu ứng nhà kính nhân loại (gia tăng). Hiện nay thế kỷ thứ 21 loài người đang phải đối mặt với tình trạng ấm lên do con người gây ra, tuy nhiên vấn đề vẫn đang được tranh cãi, gây ra nhiều tác hại nguy hiểm.
Các vật đen có nhiệt độ từ Trái Đất khoảng 5.5 °C.[4][5] Từ khi bề mặt Trái Đất phản lại khoảng 28% ánh sáng mặt trời[6], nếu không có hiệu ứng nhà kính thì nhiệt độ có thể rất thấp khoảng -18 hoặc -19 °C [7][8] thay vì nhiệt độ có thể cao hơn là khoảng 14 °C.[9]
Hiệu ứng nhà kính, xuất phát từ effet de serre trong tiếng Pháp, do Jean Baptiste Joseph Fourier lần đầu tiên đặt tên, dùng để chỉ hiệu ứng xảy ra khi năng lượng bức xạ của tia sáng mặt trời, xuyên qua các cửa sổ hoặc mái nhà bằng kính, được hấp thụ và phân tán trở lại thành nhiệt lượng cho bầu không gian bên trong, dẫn đến việc sưởi ấm toàn bộ không gian bên trong chứ không phải chỉ ở những chỗ được chiếu sáng.
Hiệu ứng này đã được sử dụng từ lâu trong các nhà kính trồng cây. Ngoài ra hiệu ứng nhà kính còn được sử dụng trong kiến trúc, dùng năng lượng mặt trời một cách thụ động để tiết kiệm chất đốt sưởi ấm nhà ở.
Các tia bức xạ sóng ngắn của mặt trời xuyên qua bầu khí quyển đến mặt đất và được phản xạ trở lại thành các bức xạ nhiệt sóng dài. Một số phân tử trong bầu khí quyển, trong đó trước hết là [điôxít cacbon] và hơi [nước], có thể hấp thụ những bức xạ nhiệt này và thông qua đó giữ hơi ấm lại trong bầu khí quyển. Hàm lượng ngày nay của khí đioxit cacbon vào khoảng 0,036% đã đủ để tăng nhiệt độ thêm khoảng 30 °C. Nếu không có hiệu ứng nhà kính tự nhiên này nhiệt độ Trái Đất của chúng ta chỉ vào khoảng –15 °C.
Có thể hiểu một cách ngắn gọn như sau: ta biết nhiệt độ trung bình của bề mặt Trái Đất được quyết định bởi cân bằng giữa năng lượng mặt trời chiếu xuống Trái Đất và lượng bức xạ nhiệt của mặt đất vào vũ trụ. Bức xạ nhiệt của mặt trời là bức xạ có sóng ngắn nên dễ dàng xuyên qua tầng ozon và lớp khí CO2 để đi tới mặt đất, ngược lại bức xạ nhiệt từ Trái Đất vào vũ trụ là bức sóng dài, không có khả năng xuyên qua lớp khí CO2 dày và bị CO2 + hơi nước trong khí quyên hấp thụ. Như vậy lượng nhiệt này làm cho nhiệt độ bầu khí quyển bao quanh Trái Đất tăng lên. Lớp khí CO2 có tác dụng như một lớp kính giữ nhiệt lượng tỏa ngược vào vũ trụ của Trái Đất trên quy mô toàn cầu. Bên cạnh CO2 còn có một số khí khác cũng được gọi chung là khí nhà kính như NOx, Metan, CFC.
Ở thời kỳ đầu của lịch sử Trái Đất, các điều kiện tạo ra cuộc sống chỉ có thể xuất hiện vì thành phần của điôxít cacbon trong bầu khí quyển nguyên thủy cao hơn, cân bằng lại lượng bức xạ của mặt trời lúc đó yếu hơn đến khoảng 25%. Cường độ của các tia bức xạ tăng lên với thời gian. Trong khi đó đã có đủ cây cỏ trên Trái Đất, thông qua sự quang hợp, lấy đi một phần khí điôxít cacbon trong không khí tạo nên các điều kiện khí hậu tương đối ổn định.
Phần trăm đóng góp vào hiệu ứng nhà kính trên Trái Đất có bốn khí chính là:
Các đám mây cũng hấp thụ và phát ra các bức xạ hồng ngoại gây tác động đến tính chất phát xạ nhiệt của tầng khí quyển.
Từ khoảng 100 năm nay con người tác động mạnh vào sự cân bằng nhạy cảm này giữa hiệu ứng nhà kính tự nhiên và tia bức xạ của mặt trời. Sự thay đổi nồng độ của các khí nhà kính trong vòng 100 năm lại đây (điôxít cacbon tăng 20%, mêtan tăng 90%) đã làm tăng nhiệt độ lên 2 °C.
Không nên nhầm lẫn hiệu ứng nhà kính nhân loại với việc làm tổn thất đến lớp khí ôzôn ở tầng bình lưu cũng do loài người gây ra.
Phần lớn các nhà khoa học ủng hộ giả thuyết cho rằng việc tăng nồng độ các khí nhà kính do loài người gây ra, hiệu ứng nhà kính nhân loại, sẽ làm tăng nhiệt độ trên toàn cầu (sự nóng lên của khí hậu toàn cầu) và như vậy sẽ làm thay đổi khí hậu trong các thập kỷ và thập niên kế đến.
Giả thuyết này bị phủ nhận bởi một số người gọi là nhà phê bình khí hậu mà con số các nhà khoa học trong họ đã giảm đi rõ rệt trong những năm vừa qua.
Sau đây là một số hậu quả liên đới với việc thay đổi khí hậu do hiệu ứng này có thể gây ra:
Nhiệt độ tăng lên làm tăng các quá trình chuyển hóa sinh học cũng như hóa học trong cơ thể sống, gây nên sự mất cân bằng.
• Những khối băng ở Bắc cực và nam cực đang tan nhanh trong những năm gần đây và do đó mực nước biển sẽ tăng quá cao, có thể dẫn đến nạn hồng thủy.
Tiến sĩ Roderic Jones thuộc Trung tâm Khoa học Khí quyển, phân khoa hóa của Đại học Cambridge đã phát biểu: Tôi không muốn làm mọi người lo sợ nhưng cùng lúc tôi nghĩ rằng thật là quan trọng nếu họ hiểu được tình hình và, một cách tối yếu, sự cần thiết phải làm gì đó cho nó. Nghị định thư Kyoto rất quan trọng, mặc dù vậy, theo (nội dung) đề cập, nó không đủ để cân bằng hóa CO2.