सूर्य के प्रकाश से पृथ्वी की सतह गर्म होती है। सतह से अवरक्त ऊर्जा ऊपर की ओर विकीर्ण होती है। वायुमंडल में मौजूद कुछ गैसें उस अवरक्त विकिरण के एक हिस्से को अवशोषित कर लेती हैं और उसे सभी दिशाओं में, यहाँ तक कि वापस जमीन की ओर भी, उत्सर्जित करती हैं। इस प्रकार होने वाली गर्मी को ग्रीनहाउस प्रभाव कहते हैं।

इस प्राकृतिक प्रक्रिया के बिना, पृथ्वी का औसत तापमान हिमांक से काफी नीचे होता। जल वाष्प, कार्बन डाइऑक्साइड, मीथेन और अन्य गैसें इसमें योगदान देती हैं। मानवीय गतिविधियों ने इनमें से कई गैसों की सांद्रता बढ़ा दी है, जिससे इसका प्रभाव और भी प्रबल हो गया है और वैश्विक तापमान में वृद्धि हुई है।

यह नाम कांच के ग्रीनहाउस के अंदर ऊष्मा के अवरोधन की समान प्रक्रिया से लिया गया है, हालांकि भौतिक क्रियाविधियाँ कुछ हद तक भिन्न हैं। जलवायु मॉडल प्रत्येक तरंगदैर्ध्य और ऊँचाई पर विकिरण के अवशोषण और उत्सर्जन की गणना करके इस प्रभाव का अनुकरण करते हैं।

ग्रीनहाउस प्रभाव को समझना वर्तमान जलवायु और इसके हालिया परिवर्तनों दोनों की व्याख्या करने के लिए मौलिक है।