L'effet de serre est un processus naturel fondamental pour la vie sur Terre : certains gaz de l'atmosphère (CO₂, vapeur d'eau, méthane, N₂O, ozone) absorbent et réémettent le rayonnement infrarouge que la surface terrestre irradie vers l'espace. Sans cet effet, la température moyenne de la Terre serait de -18 °C au lieu des +15 °C actuels, et la planète serait inhabitable.
Le problème actuel est l'effet de serre amplifié : la combustion de combustibles fossiles, la déforestation et l'élevage intensif ont augmenté la concentration de CO₂ dans l'atmosphère de 280 ppm (préindustriel) à plus de 425 ppm (2024), un niveau inédit depuis au moins 800 000 ans. Le méthane a plus que doublé. Davantage de gaz à effet de serre piègent plus de chaleur, réchauffant la planète de manière progressive — c'est le moteur du changement climatique.
Les principaux gaz à effet de serre sont : la vapeur d'eau (le plus abondant, mais sa concentration dépend de la température et agit comme amplificateur), le CO₂ (le plus important d'origine humaine, persiste des siècles dans l'atmosphère), le méthane (CH₄, 80 fois plus puissant que le CO₂ à court terme, mais ne dure que ~12 ans), le protoxyde d'azote (N₂O, des engrais) et les gaz fluorés (HFC, PFC). L'Accord de Paris (2015) vise à limiter le réchauffement à 1,5-2 °C par la réduction de ces émissions.