Atmosfären värms upp genom flera komplexa processer, men källan till nästan all atmosfärisk uppvärmning är solen. Lokalt kan luft värmas upp av processer som inte är beroende av solen, såsom vulkanutbrott, blixtnedslag, skog bränder eller mänsklig aktivitet, såsom kraftproduktion och tung industri, men dessa värmekällor är obetydliga jämfört med sol strålning.
Solen
Solen strålar energi i alla riktningar i form av värme, ljus och strålning. Denna energi kan värma föremål över otroliga avstånd. Solvärme uppstår när solstrålning träffar en molekyl av något material och absorberas. Solstrålning träffar reflekterande material och reflekterar bort det utan att absorbera mycket värme. Genomskinliga material tillåter solstrålning att passera utan att värme byts ut.
Atmosfären
Jordens atmosfär är antingen reflekterande eller transparent, beroende på våglängden för den strålning den möter. Som ett resultat får atmosfären lite direkt värme från solstrålning. Solenergi reflekteras antingen tillbaka i rymden eller får passera igenom utan att dess energi absorberas. Mer energi reflekteras av moln och kemiska föreningar, såsom ozon. Endast cirka 54 procent av solens energi passerar genom atmosfären för att nå ytan.
Jorden
När solstrålningen når jordytan absorberar marken och vattenkropparna nästan allt. Bara cirka 4 procent reflekteras tillbaka i rymden. Genom att absorbera solenergi värms dessa ytor upp. Varma föremål börjar utstråla långvågsinfraröd strålning. Utan atmosfären skulle denna energi stråla ut i rymden.
Växthuseffekten
På grund av den kemiska sammansättningen i jordens atmosfär når det mesta av den infraröda strålningen som utsänds av den varma ytan aldrig rymden. Istället reflekteras eller absorberas strålningen av föreningar som kallas växthusgaser. När dessa föreningar absorberar den infraröda strålningen från ytan värms atmosfären upp. Energin som reflekteras tillbaka mot jorden värmer upp ytan ytterligare, vilket får jorden att avge mer infraröd strålning. Detta skapar en cykel som håller atmosfären och ytan varm.