A légkört több bonyolult folyamat melegíti, de a légköri fűtés szinte teljes forrása a nap. Helyileg a levegőt olyan folyamatok melegíthetik, amelyek nem támaszkodnak közvetlenül a napra, például vulkánkitörések, villámcsapások, erdő tüzek vagy emberi tevékenységek, például az energiatermelés és a nehézipar, de ezek a hőforrások jelentéktelenek a napenergiához képest sugárzás.
A nap
A nap minden irányban energiát sugároz hő, fény és sugárzás formájában. Ez az energia hihetetlen távolságokon képes fűteni a tárgyakat. A napmelegítés akkor következik be, amikor a napsugárzás valamilyen anyag molekulájába ütközik és elnyelődik. A napsugárzás a fényvisszaverő anyagokat eltalálja és visszatükrözi anélkül, hogy sok hőt szívna magába. Az átlátszó anyagok lehetővé teszik a napsugárzás áthaladását hőcsere nélkül.
Az atmoszféra
A föld légköre tükröző vagy átlátszó, attól függően, hogy milyen sugárzás hullámhossza van. Ennek eredményeként a légkör kevés közvetlen hőt kap a napsugárzástól. A napenergia visszatükröződik az űrbe, vagy hagyja átjutni anélkül, hogy energiája elnyelődne. Több energiát tükröznek a felhők és kémiai vegyületek, például az ózon. A nap energiájának csak körülbelül 54 százaléka halad át a légkörön, hogy a felszínre jusson.
A Föld
Amint a napsugárzás eléri a föld felszínét, a talaj és a víztestek szinte mindet elnyelik. Csak mintegy 4 százalék tükröződik vissza az űrbe. A napenergia elnyelésével ezek a felületek felmelegednek. A meleg tárgyak hosszú hullámú infravörös sugárzást kezdenek sugározni. Légkör nélkül ez az energia kisugárzana az űrbe.
Az üvegházhatás
A földi légkör kémiai összetétele miatt a meleg felület által kibocsátott infravörös sugárzás nagy része soha nem éri el az űröt. Ehelyett a sugárzást az üvegházhatású gázokként ismert vegyületek visszaverik vagy elnyelik. Amikor ezek a vegyületek elnyelik az infravörös sugárzást a felszínről, a légkör felmelegszik. A föld felé visszavert energia tovább melegíti a felszínt, emiatt a föld több infravörös sugárzást bocsát ki. Ez olyan ciklust hoz létre, amely melegen tartja a légkört és a felületet.