大氣對於地球的保暖作用的俗稱。大氣對於可見光有較大的透過率，但對於紅外輻射則有相當程度的吸收（見大氣吸收光譜）。到達大氣頂的太陽輻射能大約有50％可以到達地表而被吸收（見大氣環流的能量平衡和轉換），使地面增溫。由於地表溫度低，地表輻射幾乎全部在紅外波段。大氣中的水汽和二氧化碳等能吸收大部分地表紅外輻射，使大氣變暖。大氣本身也放出紅外輻射，其中一部分向上傳播，經大氣的吸收和再發射，逐步傳向外空；另一部分向下傳播而為地表所吸收。所以地表除向外輻射能量外，還接收收到相當一部分大氣向下傳播的紅外輻射，它大大地減少瞭地表的凈向上輻射。如果不存在大氣，地球處於輻射平衡狀態之後，其等效黑體溫度可達255K，而實際的地表平均溫度比這個溫度還高出數十度。大氣的這種使地表溫度升高，使地球維持較高溫度下的熱平衡的作用，和玻璃溫室有相似之處，所以稱為溫室效應。但大氣的保暖作用並不完全和玻璃溫室的作用相同，玻璃還有隔絕空氣流動，阻止室內外對流熱交換的作用，因而有人認為用大氣效應這個名詞更為合適。雲的出現，即能減少白天到達地表的太陽輻射，也能減小地表向上的紅外輻射。較厚的水雲幾乎全部吸收瞭來自地表的輻射。如果白天無雲而夜間有雲，溫室效應將更加顯著。
大氣中有溫室效應的氣體不僅是二氧化碳和水汽。近年來，觀測到過去不存在或極少存在的微量氣體，如甲烷、一氧化二氮等的含量與日俱增。它們也都有溫室效應，它們將導致對流層大氣溫度的升高。據估計，甲烷、一氧化二氮的溫室效應，很快將達由二氧化碳引起的溫室效應的一半。