Atmosfera se zagrijava kroz nekoliko složenih procesa, ali izvor gotovo svih atmosferskih zagrijavanja je sunce. Lokalno se zrak može zagrijavati procesima koji se ne oslanjaju izravno na sunce, poput vulkanskih erupcija, udara groma, šume požari ili ljudske aktivnosti, poput proizvodnje električne energije i teške industrije, ali ti su izvori topline beznačajni u usporedbi sa solarnim radijacija.
Sunce
Sunce zrači energiju u svim smjerovima u obliku topline, svjetlosti i zračenja. Ova je energija sposobna zagrijavati predmete na nevjerojatne udaljenosti. Solarno zagrijavanje nastaje kad sunčevo zračenje udari u molekulu nekog materijala i apsorbira se. Solarno zračenje udara u reflektirajuće materijale i odbija ih, ne upijajući puno topline. Prozirni materijali omogućuju prolazak sunčevog zračenja bez izmjene topline.
Atmosfera
Zemljina atmosfera je reflektirajuća ili prozirna, ovisno o valnoj duljini zračenja na koje naiđe. Kao rezultat, atmosfera prima malo izravne topline od sunčevog zračenja. Solarna energija se ili reflektira natrag u svemir ili joj se dopušta prolazak bez apsorpcije energije. Više energije odražavaju oblaci i kemijski spojevi, poput ozona. Samo oko 54 posto sunčeve energije prolazi kroz atmosferu da bi došlo do površine.
Zemlja
Jednom kad sunčevo zračenje dosegne površinu zemlje, tlo i vodene površine apsorbiraju gotovo sve. Samo se oko 4 posto reflektira natrag u svemir. Upijajući sunčevu energiju, ove se površine zagrijavaju. Topli predmeti počinju zračiti dugovalnim infracrvenim zračenjem. Bez atmosfere, ova bi energija zračila u svemir.
Efekt staklenika
Zbog kemijskog sastava zemljine atmosfere, većina infracrvenog zračenja koje emitira topla površina nikada ne doseže svemir. Umjesto toga, zračenje reflektiraju ili apsorbiraju spojevi poznati kao staklenički plinovi. Kad ti spojevi apsorbiraju infracrveno zračenje s površine, atmosfera se zagrijava. Energija koja se reflektira natrag prema zemlji zagrijava površinu što dalje uzrokuje da zemlja emitira više infracrvenog zračenja. To stvara ciklus koji održava atmosferu i površinu toplim.
