Av den innkommende strålingen fra Solen blir noe reflektert tilbake av luft, skyer og Jordens overflate (ca. 30 %) eller absorbert i atmosfæren (ca. 25 %). Resten blir absorbert av Jordens overflate slik at den varmes opp og stråler ut energi i form av infrarød (langbølget) stråling. Infrarød stråling absorberes av skyer og enkelte gasser, drivhusgasser, slik at en del av strålingsenergien som jorden sender ut, blir absorbert i atmosfæren. Noe av dette blir videre sendt tilbake til jordoverflaten og øker temperaturen der. Absorbsjonen av infrarød stråling i atmosfæren skyldes først og fremst vann (H2O) i gassfase (vanndamp), karbondioksid (CO2) og skyer, men metan (CH4), lystgass (eller dinitrogenoksid, N2O) og ozon (O3) bidrar også i betydelig grad.
Vanndamp har størst drivhuseffekt, men dens konsentrasjon i troposfæren blir bestemt internt i klimasystemet. I global målestokk blir den bare indirekte påvirket av menneskeskapte utslipp. En global oppvarming vil øke innholdet av vanndamp i atmosfæren, noe som igjen forsterker oppvarmingen. Karbondioksid (CO2), metan, lystgass og ozon har både naturlige og menneskeskapte kilder, mens stoffer som klorfluorkarboner (KFK) utelukkende er syntetiske forbindelser.
De ulike drivhusgassene har forskjellig klimavirkning. Gassene kan enten ha egenskaper som påvirker strålingsbalanse og klima direkte, de kan ha ingen eller kun ubetydelige direkte effekter på strålingsbalansen, men kan påvirke klimaet indirekte ved å påvirke kjemiske og fysiske prosesser i atmosfæren, eller de kan ha både direkte og indirekte effekter. Det direkte bidraget hver enkelt drivhusgass har til temperaturøkningen, er avhengig av hvor sterkt gassen absorberer langbølget stråling fra jorden, hvor mye som slippes ut av gassen, og hvor lenge gassen blir i atmosfæren (levetiden). Det er stor variasjon i levetidene for drivhusgassene (fra noen måneder til 50 000 år). Det globale oppvarmingspotensialet (Global Warming Potential, GWP) for de ulike gassene vil derfor variere over tid. Metan har størst virkning på klimaet de første 20 årene etter at den er sluppet ut, mens lystgass virker mye lenger i atmosfæren.
Utslipp av drivhusgasser regnes ofte om til «CO2-ekvivalenter» vha. gassenes GWP-verdier. Dette angir de tilsvarende utslipp av CO2 som gir samme oppvarmingseffekt over en valgt tidshorisont (gjerne 100 år). CO2 er minst effektiv som drivhusgass per kg, men likevel er gassens bidrag til den globale oppvarmingen størst, fordi mengden som slippes ut er mange ganger større enn mengden av de andre drivhusgassene. CO2 står for ca. 60 % av den menneskeskapte forsterkningen av drivhuseffekten frem til i dag.