Az üvegházhatás egy olyan folyamat, amely akkor következik be, amikor a bolygó gazdacsillagától származó energia áthalad a légkörén, és felmelegíti a bolygó felszínét, de a légkör megakadályozza, hogy a hő közvetlenül visszatérjen az űrbe, ami melegebb bolygót eredményez. A Napunkból érkező fény áthalad a Föld légkörén és felmelegíti a felszínét. A felmelegedett felület ezután hőt sugároz, amelyet az üvegházhatású gázok, például a szén-dioxid elnyelnek. A természetes üvegházhatás nélkül a Föld átlaghőmérséklete jóval fagypont alatt lenne. Az üvegházhatást okozó gázok jelenlegi, ember által okozott növekedése nagyobb mennyiségű hőt zár be, aminek következtében a Föld idővel felmelegszik.
Bármi, ami felmelegszik, a hőmérsékletéhez kapcsolódó energiát sugároz – a körülbelül 5500 °C-on lévő Nap a leginkább látható és közeli infravörös fényt bocsát ki, míg a Föld átlagos felszíni hőmérséklete körülbelül 15 °C hosszabb hullámhosszú infravörös sugárzó hőt bocsát ki. A légkör átlátszó a legtöbb bejövő napfény számára, és energiáját átengedi a felszínre. Az üvegházhatás kifejezés egy hibás analógiából származik, amely ezt az átlátszó üveghez hasonlítja, amely beengedi a napfényt az üvegházakba, de az üvegházak főként a levegő mozgásának korlátozásával tartják meg a hőt, ellentétben ezzel a hatással.
A légkör nagy része átlátszó az infravörös fény számára, de az üvegházhatású gázok elenyésző része szinte teljesen átlátszatlanná teszi a felszín által kibocsátott hullámhosszokkal szemben. Az üvegházhatású gázok molekulái elnyelik és kibocsátják ezt az infravörös fényt, így felmelegednek és minden irányban sugárzó hőt bocsátanak ki, felmelegítve más üvegházhatású gázok molekuláit, és átadják a hőt a környező levegőnek. A lefelé irányuló sugárzó hő tovább növeli a felszíni hőmérsékletet, növelve a légkörbe jutó energiát. A Föld természetes üvegházhatása nélkül a Föld több mint 30 °C-kal hidegebb lenne.
A napfény éjjel-nappal, évszakonként és az Egyenlítőtől való távolság szerint változik. A rendelkezésre álló napfény körülbelül fele visszaverődik a felhőkről és a Föld felszínéről, fényvisszaverő képességüktől függően. Az üvegházhatású gázok hatása, a légkörben eltöltött idő és a tengerszint feletti magasság változó, ami pozitív visszajelzésekhez vezet. Az eltéréseket a Föld hőmotorja kiegyenlíti, ami energiaáramlást okoz. Végül a légkör magasabb rétegei hajlamosak körülbelül annyi energiát bocsátani az űrbe, mint amennyi a Napból érkezik, és így kialakul a Föld energiaegyensúlya.
Az elszabadult üvegházhatás akkor következik be, ha a pozitív visszacsatolás az összes üvegházhatású gáz légkörbe való elpárologtatásához vezet, ahogy az a Vénuszon a szén-dioxid és a vízgőz esetében történt.
