Hay una gran variedad de gases diferentes que pueden considerarse gases de efecto invernadero (GEI). El denominador común de todos ellos es que pueden absorber el calor (radiación infrarroja térmica) que emite la Tierra y volverlo a emitir.
Cuando el sol brilla, un 70 por ciento de la energía pasa a través de la atmósfera. El resto lo retienen o lo reflejan las nubes, por ejemplo. La luz que pasa es principalmente invisible.
La luz se retiene en la superficie terrestre y se convierte en calor, que se vuelve a enviar al espacio en forma de radiación infrarroja térmica, de la misma forma que una hoguera emite calor radiante. Un parte de este calor no sale de la atmósfera y la retienen los GEI como el CO2 y el metano. La radiación térmica hace que las moléculas de gas vibren con energía hasta que se libera esta energía y se vuelve a emitir como radiación térmica. Así pues, la atmósfera retiene durante un tiempo parte de la energía que la tierra recibe del sol. Es el llamado efecto invernadero.
La atmósfera está formada por nitrógeno y oxígeno principalmente. Las moléculas de estos gases son simples, sólo consisten en dos átomos. Les cuesta mucho capturar radiación térmica y vibrar. Así pues, no son gases invernadero. Otras moléculas tienen una estructura que puede capturar calor.
El gas de efecto invernadero más significativo es el vapor de agua. Sin embargo, el vapor de agua sólo permanece en la atmósfera durante un periodo muy limitado y la cantidad de vapor de agua de la atmósfera se ve afectada por otros GEI, ya que el aire más caliente causa una mayor evaporación, especialmente en los océanos.
Por eso, el debate sobre el efecto invernadero antropógeno se centra en los denominados gases de efecto invernadero "de larga permanencia". Los más importantes son CO2, metano, óxido nitroso y los gases CFC. En total, representan más del 97 por ciento del efecto directo de los gases de larga permanencia sobre qué grado de calor se retiene en la atmósfera.