Saulės energija šildo Žemės paviršių ir, pakilus temperatūrai, šiluma infraraudonosios energijos pavidalu spinduliuojama atgal į atmosferą. Dalį šios energijos atmosferoje absorbuoja „šiltnamio dujos“.

Atmosfera veikia panašiai kaip šiltnamis: praleidžia į vidų matomą šviesą ir sugeria infraraudonąją energiją, todėl šiltnamio viduje sulaikoma šiluma. Toks natūralus procesas vadinamas „šiltnamio efektu“. Be jo vidutinė metų temperatūra tesiektų -18°C, o dabar ji yra +15°C.

Tačiau dėl žmogaus veiklos šiltnamio efektą sukeliančių dujų, ypač anglies dvideginio, metano ir azoto suboksido į atmosferą išmetama daug daugiau, todėl stiprinamas šiltnamio efektas ir pasaulio temperatūra kyla.

Vandens garai – pagrindinės „šiltnamio“ dujos, kurios susidaro vykstant natūraliam garavimo procesui. Atmosferoje vandens molekulės sugeria žemės spinduliuojamą šilumą ir išspinduliuoja į visas puses, šildydamos žemės paviršių, o galiausiai ji tolygiai išspinduliuojama atgal į kosmosą. Atmosferoje vandens garai priklauso uždarai sistemai, kurioje cirkuliuoja ribotas žemėje esantis vandens kiekis: iš vandenynų ir žemės į atmosferą ir atgal dėl garavimo, transpiracijos,  kondensacijos ir kritulių. Dėl žmogaus veiklos vandens garų atmosferoje nedaugėja. Tačiau šiltesnis oras gali išlaikyti daug daugiau drėgmės, taigi kylanti temperatūra didina klimato kaitą.


CO2 – anglies dioksidas. Visame pasaulyje dėl jo išmetimo į atmosferą sukeliama per 60 % sustiprinto šiltnamio efekto. Šalyse, kuriose stipri pramonė, išmetamo CO2 kiekis sudaro daugiau kaip 80 % šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijos.

Anglies kiekis Žemėje ribotas ir taip pat priklauso ciklui. Tai labai sudėtinga sistema, kurioje anglis juda atmosferoje, Žemės biosferoje ir vandenynuose. Fotosintezės dėka augalai sugeria CO2 iš atmosferos, iš anglies gamina savo audinius ir sunykdami bei pūdami grąžina atgal į atmosferą. Atmosferoje CO2 gali išbūti 50–200 metų, priklausomai nuo to, kaip ji pakartotinai grąžinama į žemę arba į vandenynus.

CO2 koncentracija atmosferoje šiuo metu yra aukščiausia per 650 000 metų. Taip pat šiuo metu ji ir sparčiausiai auganti nuo nuolatinių koncentracijos matavimų pradžios 1960 m. Pagrindinė CO2 gausėjimo priežastis – iškastinio kuro deginimas, žemės paskirties keitimas, miškų kirtimas ir kt.

CH4 – metanas. Išsivysčiusios pramonės šalyse metanas sudaro apie 15 % šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijos. Metanas susidaro daugiausia iš bakterijų, mintančių organinėm medžiagom, kai trūksta deguonies. Todėl jo išsiskiria iš įvairių natūralių ir žmogaus sukurtų šaltinių. Natūralūs šaltiniai – pelkės, termitai ir vandenynai, o žmogaus sukurtieji – iškastinių dujų kasimas ir deginimas, gyvulininkystė (galvijai minta augalais, šie jų skrandžiuose fermentuojasi, todėl galvijai iškvepia metaną, taip pat metano yra ir jų mėšle), ryžių auginimas (drėgnuose ryžių laukuose metanas gaminasi pūvant organinėms medžiagoms, kai dirvoje trūksta deguonies) ir užkastos atliekos (taip pat pūvant organinėms medžiagoms, kai trūksta deguonies).

Metano įnašas į šiltnamio efektą yra 25 kartus didesnis nei anglies dioksido, tačiau jo trumpesnis egzistavimo ciklas: 10–15 metų. Daugiausia metano išskiria atliekos irdamos sąvartynuose, gyvulininkystė, anglies kasyba, gamtinių dujų ir naftos gavyba.


N2O – azoto suboksidas natūraliai išsiskiria iš vandenynų, atogrąžų miškų ir bakterijų, gyvenančių dirvoje. Antropogeniniai šaltiniai – tai įvairios azoto turinčios trąšos, iškastinių dujų deginimas ir pramoninė chemijos gamyba, kurioje naudojamas azotas, pvz., nutekamųjų vamzdžių valikliai. Pramoninėse šalyse azoto suboksidas sudaro apie 6 % šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimų kiekio. N2O šilumą sugeria 298 kartus labiau negu CO2. Nuo pramoninės revoliucijos pradžios azoto suboksido koncentracija atmosferoje padidėjo 16 % ir maždaug 4–6 % prisidėjo prie šiltnamio efekto padidėjimo.

Prie klimato kaitos taip pat prisideda ir fluoruotos šiltnamio efektą sukeliančios dujos, kurios vienintelės atsiranda ne natūraliu būdu, o tik žmogaus pramoninės veiklos pasėkoje. Pramoninėse šalyse jos sudaro apie 15 % šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijos, tačiau jos labai stiprios ir pajėgios sulaikyti šilumą net iki 22 000 kartų efektyviau negu CO2, o atmosferoje išbūti tūkstančius metų.

Fluoruotos šiltnamio efektą sukeliančioms dujoms priskiriami:
•    HFC – Hidrofluorangliavandeniliai -  naudojami šaldiklių ir oro kondicionierių gamyboje;
•    PFC – perfluorangliavandeniliai - išsiskiriantys gaminant aliuminį ir taip pat naudojami elektronikos pramonėje;
•    SF6 – sieros heksafluoridas - naudojamas, pvz., elektronikos pramonėje  ir pan.;

•    NF3 - azoto trifluoridas -  naudojamas skystųjų kristalų ekranams ir saulės elementams gaminti.

        
Bene geriausiai žinomi chlorfluorangliavandeniliai (CFCs), kurie ne tik priskiriami fluoruotoms šiltnamio efektą sukeliančioms dujoms, bet ir ardo ozono sluoksnį. Pastarieji gamyboje beveik nebenaudojami, vadovaujantis 1987 m. Monrealio protokolu dėl ozono sluoksnį ardančių medžiagų.

Ataskaitose ŠESD kiekis pateikiamas CO2 ekvivalentu, kadangi įvairios šiltnamio efektą sukeliančios dujos įvertinamos pagal jų globalinio šiltėjimo potencialą arba dar vadinamo visuotinio atšilimo potencialą (nustatytas kiekvienai medžiagai) šimtui metų. Pavyzdžiui, CO2 visuotinio atšilimo potencialas yra lygus 1, CH4 -25, N2O – 298, SF6 – 22800 ir t. t.

Globalinis šiltėjimo potencialas - tai rodiklis, apibūdinantis šiltnamio efektą sukeliančių dujų (ŠESD) sukeliamo klimato šiltėjimo potencialo vertę, lyginant su anglies dioksido ekvivalentu. Globalinio šiltėjimo potencialas (GWP) apskaičiuojamas pagal vieno kilogramo dujų sukeliamo šiltėjimo potencialą, lyginant su vienu kilogramu CO2. 

Atitinkamos GWP vertės yra Tarpvyriausybinės klimato kaitos komisijos internetinėje svetainėje: http://www.ipcc.ch/publications_and_data/ar4/wg1/en/ch2s2-10-2.html