Hiện tượng nóng lên toàn cầu chủ yếu là do các hoạt động của con người gây ra sự gia tăng lượng khí nhà kính trong khí quyển, do đó làm tổn hại đến khả năng hoạt động của bầu khí quyển, bao gồm cả việc điều chỉnh nhiệt độ và các kiểu thời tiết, như NASA đã nêu. Hiện tượng nóng lên toàn cầu diễn ra trong thời gian dài và là kết quả của việc tích tụ các chất hóa học trong khí quyển cao bất thường. Những khí này bao gồm các nguyên tố tự nhiên như carbon dioxide và oxy, cũng như các hợp chất tổng hợp như các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi hoặc VOC và chlorofluorocarbons hoặc CFC.
Sự tích tụ của các khí này trong khí quyển tạo ra một điều kiện gọi là hiệu ứng nhà kính. Thuật ngữ này đề cập đến sự ấm lên tổng thể mà bầu khí quyển phải trải qua với sự xuất hiện của một lượng lớn khí. Không khí nóng lên từ bề mặt Trái đất sẽ tiêu tan trước khi đến bầu khí quyển. Tuy nhiên, với hiệu ứng nhà kính, những khí này tăng với khối lượng lớn vào bầu khí quyển, sau đó giữ chúng lại. Các khí bị mắc kẹt giữ nhiệt, do đó gây ra nhiệt độ cao hơn và giúp bầu khí quyển giữ được nhiều độ ẩm hơn, chủ yếu ở dạng hơi nước.
Thể tích hơi nước tăng lên dẫn đến lượng mưa thường xuyên và nghiêm trọng hơn, cũng như một đám mây lớn hơn. Ngoài hơi nước và CFC, mêtan, nitơ oxit và carbon dioxide đóng vai trò lớn trong việc thúc đẩy sự nóng lên toàn cầu. Các loại khí và hợp chất này sinh ra từ các nguồn khác nhau, bao gồm dòng chảy phân bón, ô tô, chất thải nông nghiệp và đốt nhiên liệu hóa thạch.