El efecto invernadero de la atmósfera terrestre tiene que ver con procesos radiativos que ocurren en ella. La radiación es una forma de energía, y es la única que se transmite en el vacío.

Otras formas de transmisión de energía en el ambiente natural son la conducción y la convección. En la conducción el calor se propaga a través de un sólido (por ejemplo la propagación del calor desde la superficie del suelo hacia niveles inferiores). En los fluidos (gases y líquidos) el calor se transmite mediante el proceso de convección a través del cual partes relativamente más calientes del fluido, se desplazan y luego se mezclan e integran en un entorno relativamente más frío.

Las características de la radiación, que se propaga en la forma de ondas electromagnéticas, tiene que ver con la temperatura del cuerpo que la emite. En la atmósfera están presente dos tipos de radiación. Por una parte está la radiación solar, que proviene de la superficie del Sol a unos 6000 ºC. Esta se manifiesta principalmente en la forma de rayos en el espectro visible.

Por otra parte, al igual que el Sol, la superficie de la Tierra (continentes, océanos, casquetes polares) y la atmósfera también emiten radiación, pero con un nivel de energía mucho menor que la del Sol. Esta radiación denominada infrarroja, no es visible, pero se propaga en forma similar a la radiación solar. La atmósfera, que es bastante transparente a la radiación solar, es considerablemente más opaca a la radiación infrarroja que proviene de la superficie de la Tierra.

En efecto, una buena parte de la radiación infrarroja terrestre es absorbida por la atmósfera por los gases denominados de efecto invernadero, entre los cuales los más importantes son el anhídrido carbónico (CO2) y el vapor de agua. Parte de esta energía radiativa infrarroja atrapada por la atmósfera es re-emitida hacia la superficie de la Tierra, sumándose durante el día a la radiación solar, y compensando parcialmente durante la noche el enfriamiento de la superficie: