Ilmakehää lämmitetään useilla monimutkaisilla prosesseilla, mutta melkein kaiken ilmakehän lämmityksen lähde on aurinko. Paikallisesti ilmaa voidaan lämmittää prosesseilla, jotka eivät ole suoraan riippuvaisia auringosta, kuten tulivuorenpurkaukset, salamaniskut, metsä tulipalot tai ihmisen toiminta, kuten sähköntuotanto ja raskas teollisuus, mutta nämä lämmönlähteet ovat merkityksettömiä aurinkoon verrattuna säteily.
Aurinko
Aurinko säteilee energiaa kaikkiin suuntiin lämmön, valon ja säteilyn muodossa. Tämä energia pystyy lämmittämään esineitä uskomattomilla etäisyyksillä. Aurinkolämpö tapahtuu, kun auringon säteily osuu jonkin materiaalin molekyyliin ja absorboituu. Aurinkosäteily iskee heijastaviin materiaaleihin ja heijastaa ne pois absorboimatta paljon lämpöä. Läpinäkyvät materiaalit antavat auringon säteilyn kulkea ilman lämmönvaihtoa.
Ilmakehä
Maan ilmakehä on joko heijastava tai läpinäkyvä riippuen sen kohtaaman säteilyn aallonpituudesta. Tämän seurauksena ilmakehä saa vähän suoraa lämpöä aurinkosäteilystä. Aurinkoenergia heijastuu joko takaisin avaruuteen tai sen annetaan kulkea läpi ilman, että energia absorboituu. Enemmän energiaa heijastavat pilvet ja kemialliset yhdisteet, kuten otsoni. Vain noin 54 prosenttia auringon energiasta kulkee ilmakehän läpi saavuttaakseen pinnan.
Maapallo
Kun auringon säteily saavuttaa maan pinnan, maa ja vesimuodot absorboivat melkein kaiken sen. Vain noin 4 prosenttia heijastuu takaisin avaruuteen. Imemällä aurinkoenergiaa nämä pinnat lämpenevät. Lämmin esineet alkavat säteillä pitkän aallon infrapunasäteilyä. Ilman ilmakehää tämä energia säteilisi avaruuteen.
Kasvihuoneilmiö
Maapallon ilmakehän kemiallisesta koostumuksesta johtuen suurin osa lämpimän pinnan lähettämästä infrapunasäteilystä ei koskaan pääse avaruuteen. Sen sijaan säteily heijastuu tai absorboituu yhdisteillä, jotka tunnetaan kasvihuonekaasuina. Kun nämä yhdisteet absorboivat infrapunasäteilyä pinnalta, ilmakehä lämpenee. Maapalloa kohti heijastuva energia lämmittää pintaa edelleen, jolloin maa lähettää enemmän infrapunasäteilyä. Tämä luo kierron, joka pitää ilmakehän ja pinnan lämpimänä.
