Ursache des auf menschliche Tätigkeiten zurückzuführenden Treibhauseffektes sind die Treibhausgase. Das sind Gase, die zwar die kurzwellige Sonnenstrahlung ungehindert passieren lassen, die Wärmestrahlung der Erde aber teilweise reflektieren. Dadurch wirken sie wie eine wärmende Decke und erhöhen so die Erdoberflächentemperatur.

Daneben gibt es weitere Atmosphärenbestandteile, die zur Abkühlung führen. Die exakte Wirkung aller dieser wirksamen Stoffe ist nicht immer hinreichend bekannt. Messungen belegen jedoch, dass insgesamt die erwärmende Wirkung überwiegt.

Durch die anfängliche Erwärmung kommt es im komplexen Klima-System der Erde zu vielfältigen Folge-Reaktionen, die den Gesamt-Effekt weiter verstärken oder auch abschwächen können. Wird er verstärkt, spricht man von positiver Rückkopplung, wird er abgeschwächt, von negativer. Ein Beispiel für eine positive Rückkopplung wäre das Schmelzen von Eis. Die darunter verborgene Erd- oder Wasseroberfläche ist immer dunkler als die des Eises und nimmt deshalb mehr Energie des Sonnenlichts auf. Eine negative Rückkopplung wäre die vermehrte Bildung von hellen Wolken aus feinen Tröpfchen, die mehr des einfallenden Sonnenlichts reflektieren als die Erdoberfläche darunter.

Durch Rückkopplungseffekte kann der ursprüngliche Strahlungsantrieb der menschlichen Emissionen sowohl überkompensiert werden (dann würde es sogar kälter als zuvor) als auch um ein Mehrfaches verstärkt werden (was zu stärkerer Erwärmung führte als vermutet). Es ist deshalb schwierig, das genaue Ausmaß des Treibhauseffektes alleine auf Grund der Kenntnisse der Treibhausgas-Konzentrationen zu bestimmen. Bei allen prognostizierten Temperaturerhöhungen ist es folglich möglich, dass sie entweder geringer oder höher ausfallen als vermutet.

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