Diversi gas a effetto serra sono presenti nell'atmosfera terrestre, in particolare biossido di carbonio, metano, protossido di azoto e vari gas fluorurati. Ciascuno di questi composti assorbe la luce al proprio insieme di frequenze, quindi insieme riescono a intrappolare il calore nell'atmosfera attraverso un ampio spettro di lunghezze d'onda.
Il biossido di carbonio è uno dei gas serra più comuni presenti nell'atmosfera. È prodotto dalla combustione di combustibili fossili a base di carbonio, come petrolio e carbone, nonché attraverso alcuni processi naturali come la decomposizione della materia vegetale. L'anidride carbonica viene naturalmente eliminata dall'atmosfera dalla pioggia e da altri fenomeni naturali. Il metano è un potente gas serra che viene anche generato nel processo di decomposizione. Gran parte del metano nell'atmosfera è il risultato di un'agricoltura su larga scala, come l'allevamento di bestiame. L'ossido nitroso è prodotto in modo simile al biossido di carbonio e al metano. L'agricoltura e la combustione di combustibili fossili contribuiscono alla sua crescente concentrazione tra i gas atmosferici, e la sua relativa potenza ne fa il quarto gas a effetto serra. I gas fluorurati sono una famiglia distinta di composti che contribuiscono all'effetto serra. Questi gas sono composti sintetici estremamente potenti che persistono tipicamente nell'atmosfera per migliaia di anni perché pochi processi naturali si sono sviluppati per rimuoverli.
