Атмосфера нагрівається за допомогою декількох складних процесів, але джерелом майже всього атмосферного нагріву є сонце. Місцево повітря може нагріватися внаслідок процесів, які не залежать безпосередньо від сонця, таких як виверження вулканів, удари блискавки, ліс пожежі або людська діяльність, такі як виробництво електроенергії та важка промисловість, але ці джерела тепла незначні порівняно з сонячними випромінювання.
Сонце
Сонце випромінює енергію у всі боки у вигляді тепла, світла та випромінювання. Ця енергія здатна нагрівати предмети на неймовірні відстані. Сонячне нагрівання відбувається, коли сонячне випромінювання потрапляє в молекулу якогось матеріалу і поглинається. Сонячне випромінювання вражає світловідбиваючі матеріали і відбиває його, не поглинаючи багато тепла. Прозорі матеріали пропускають сонячне випромінювання, не змінюючи тепло.
Атмосфера
Земна атмосфера або відображає, або прозора, залежно від довжини хвилі випромінювання, яке вона зустрічає. В результаті атмосфера отримує мало прямого тепла від сонячного випромінювання. Сонячна енергія або відбивається назад у космос, або пропускає її, не поглинаючи її. Більше енергії відображають хмари та хімічні сполуки, такі як озон. Лише близько 54 відсотків енергії Сонця проходить через атмосферу, щоб вийти на поверхню.
Земля
Як тільки сонячна радіація досягає земної поверхні, земля та водойми поглинають майже все. Лише близько 4 відсотків відображається назад у космос. Поглинаючи сонячну енергію, ці поверхні нагріваються. Теплі предмети починають випромінювати довгохвильове інфрачервоне випромінювання. Без атмосфери ця енергія випромінювала б у космос.
Парниковий ефект
Через хімічний склад земної атмосфери більша частина інфрачервоного випромінювання, випромінюваного теплою поверхнею, ніколи не потрапляє в космос. Натомість випромінювання відбивається або поглинається сполуками, відомими як парникові гази. Коли ці сполуки поглинають інфрачервоне випромінювання з поверхні, атмосфера нагрівається. Енергія, відбита назад до землі, нагріває поверхню ще більше, змушуючи землю випромінювати більше інфрачервоного випромінювання. Це створює цикл, який зберігає атмосферу та поверхню теплими.