Oppvarming av atmosfæren og jordens overflate som følge av at noen av gassene i atmosfæren (drivhusgasser) absorberer en del av den infrarøde varmestrålingen fra jordoverflaten. Noe av denne sendes tilbake til jordoverflaten og øker temperaturen der. Den naturlige drivhuseffekten er en forutsetning for liv på Jorden slik vi kjenner det – uten drivhusgassene i atmosfæren ville det ha vært om lag 34 °C kaldere enn hva det faktisk er. Begrepet «drivhuseffekten» brukes ofte upresist om en menneskeskapt forsterkning av drivhuseffekten og økt gjennomsnittstemperatur på Jorden.
Jordens temperatur har nær sammenheng med mengden av drivhusgasser i atmosfæren. Dette er vist bl.a. ved målinger i iskjerner som er opptil 400 000 år gamle. I de siste tusen år før den industrielle revolusjon var mengden av drivhusgasser relativt konstant. De siste to hundre årene har det vært en sterk økning i mengden av drivhusgasser; fra begynnelsen av 1700-tallet og frem til i dag har den atmosfæriske konsentrasjonen av CO2 økt med ca. 30 % som følge av forbrenning av fossilt brensel og avskoging. Det har også vært en sterkt økning i konsentrasjonen av andre drivhusgasser. Konsentrasjonen av metan (CH4) er i dag ca. 2,5 ganger så høy som i førindustriell tid. Atmosfæren er også tilført drivhusgasser som ikke forekommer naturlig.
En annen menneskeskapt faktor av betydning for klima er partikler i atmosfæren (aerosoler) – for eksempel vil utslipp av svoveldioksid (SO2) øke konsentrasjonen av sulfatpartikler. Slike partikler reflekterer solstrålingen og har en avkjølende effekt. Disse effektene er imidlertid regionale pga. partiklenes korte levetid i atmosfæren. Partiklene kan også påvirke strålingsbalansen via endringer i skyenes optiske egenskaper og utbredelse.
Analyser viser at den globale middeltemperaturen har steget med 0,4–0,8 °C siden slutten av 1800-tallet, og at den største delen av økningen har foregått de siste tiårene. Det er relativt bred enighet om at dette skyldes en menneskeskapt økning av drivhusgasser i atmosfæren. På grunnlag av scenarier for fremtidige utslipp og omfattende studier med klimamodeller har FNs Klimapanel (IPCC) beregnet en sannsynlig økning i global middeltemperatur på mellom 1,4 og 5,8 °C fra 1990 til år 2100.