Атмосферата се нагрява от няколко сложни процеса, но източникът на почти цялото атмосферно отопление е слънцето. Локално въздухът може да се нагрява от процеси, които не разчитат пряко на слънцето, като вулканични изригвания, мълнии, гора пожари или човешка дейност, като производство на електроенергия и тежка индустрия, но тези източници на топлина са незначителни в сравнение със слънчевите радиация.
Слънцето
Слънцето излъчва енергия във всички посоки под формата на топлина, светлина и лъчение. Тази енергия е способна да нагрява обекти на невероятни разстояния. Слънчевото нагряване се получава, когато слънчевата радиация удари молекула от някакъв материал и се абсорбира. Слънчевата радиация поразява отразяващите материали и я отразява, без да абсорбира много топлина. Прозрачните материали позволяват на слънчевата радиация да премине, без да се обменя топлина.
Атмосферата
Земната атмосфера е или отразяваща, или прозрачна, в зависимост от дължината на вълната на излъчването, което среща. В резултат на това атмосферата получава малко пряка топлина от слънчевата радиация. Слънчевата енергия или се отразява обратно в космоса, или се оставя да премине, без енергията й да бъде абсорбирана. Повече енергия се отразява от облаците и химичните съединения, като озон. Само около 54 процента от слънчевата енергия преминава през атмосферата, за да достигне повърхността.
Земята
След като слънчевата радиация достигне земната повърхност, земята и водните тела поглъщат почти цялата. Само около 4 процента се отразяват обратно в космоса. Поглъщайки слънчевата енергия, тези повърхности се нагряват. Топлите предмети започват да излъчват дълги вълни инфрачервено лъчение. Без атмосферата тази енергия би излъчвала в космоса.
Парниковия ефект
Поради химическия състав на земната атмосфера, по-голямата част от инфрачервеното лъчение, излъчвано от топлата повърхност, никога не достига космоса. Вместо това радиацията се отразява или абсорбира от съединения, известни като парникови газове. Когато тези съединения абсорбират инфрачервеното лъчение от повърхността, атмосферата се нагрява. Енергията, отразена обратно към земята, затопля повърхността допълнително, карайки земята да излъчва повече инфрачервена радиация. Това създава цикъл, който поддържа атмосферата и повърхността топли.