Atmosféra sa ohrieva niekoľkými zložitými procesmi, ale zdrojom takmer všetkého atmosférického ohrevu je slnko. Lokálne môže byť vzduch ohrievaný procesmi, ktoré sa nespoliehajú priamo na slnko, ako sú sopečné erupcie, údery blesku, les požiare alebo ľudská činnosť, ako je výroba energie a ťažký priemysel, ale tieto zdroje tepla sú v porovnaní so solárnymi zdrojmi zanedbateľné žiarenie.
Slnko
Slnko vyžaruje energiu vo všetkých smeroch vo forme tepla, svetla a žiarenia. Táto energia je schopná ohriať predmety na neuveriteľné vzdialenosti. K solárnemu ohrevu dochádza, keď slnečné žiarenie dopadne na molekulu nejakého materiálu a je absorbované. Slnečné žiarenie dopadá na reflexné materiály a odráža ho preč bez toho, aby absorbovalo veľa tepla. Transparentné materiály umožňujú priechod slnečného žiarenia bez výmeny tepla.
Atmosféra
Zemská atmosféra je buď reflexná alebo priehľadná, v závislosti od vlnovej dĺžky žiarenia, s ktorým sa stretáva. Výsledkom je, že atmosféra prijíma málo priameho tepla zo slnečného žiarenia. Slnečná energia sa buď odráža späť do vesmíru, alebo sa nechá prechádzať bez toho, aby bola absorbovaná. Viac energie sa odráža v oblakoch a chemických zlúčeninách, ako je ozón. Len asi 54 percent slnečnej energie prechádza atmosférou, aby sa dostalo na povrch.
Zem
Akonáhle slnečné žiarenie dosiahne zemský povrch, zem a vodné útvary absorbujú takmer všetko. Iba asi 4 percentá sa odrážajú späť do vesmíru. Absorpciou slnečnej energie sa tieto povrchy zahrievajú. Teplé objekty začnú vyžarovať dlhovlnné infračervené žiarenie. Bez atmosféry by táto energia vyžarovala von do vesmíru.
Skleníkový efekt
Vďaka chemickému zloženiu zemskej atmosféry sa väčšina infračerveného žiarenia emitovaného teplým povrchom nikdy nedostane do vesmíru. Namiesto toho sa žiarenie odráža alebo absorbuje zlúčeninami známymi ako skleníkové plyny. Keď tieto zlúčeniny absorbujú infračervené žiarenie z povrchu, atmosféra sa zahreje. Energia odrazená späť k zemi ďalej ohrieva povrch, čo spôsobuje, že Zem emituje viac infračerveného žiarenia. Tak vzniká cyklus, ktorý udržuje atmosféru a povrch teplý.