Atmosféra Zeme je jedným z najstálejších systémov - jej zloženie sa už po milióny rokov nijako významne nezmenilo od rovnovážneho stavu, vytvoreného vývojom planéty a života. Ukazuje sa však, že ľudia dokázali v industriálnom období spôsobiť zásadnejšie odchýlky v zložení atmosféry, než celé predchádzajúce geologické obdobie. Prvý plynný obal získala Zem pri ochladzovaní asi pred 4,5 miliardami rokov. Obsahoval hlavne oxid uhličitý, vodu, dusík, amoniak a oxid siričitý v podobnom zložení, aké sa dnes uvoľňuje pri vulkanických erupciách. Nebol v ňom žiadny kyslík, pretože sa všetok spotreboval na oxidáciu kovu, predovšetkým dvojmocného železa (tieto reakcie prebiehajú i dnes).

Atmosféra podobného zloženia (95 - 97 percent oxidu uhličitého) dodnes existuje na sesterských planétach Venuši a Marse. Na Zemi vďaka vhodnej vzdialenosti od Slnka došlo ku skvapalneniu časti vodnej pary a vzniku praoceánu, v ktorých sa oxid uhličitý rozpúšťal a reakciou s vápenatými a horečnatými ionmy vytváral nerozpustné uhličitany - vápence a dolomity - v ktorých je dnes uložená väčšina oxidu uhličitého (asi 80 percent).

Skleníkový efekt sa na Zemi prejavoval od samého počiatku, , udržujúc teploty vhodné pre život na Zemi. Prejavuje sa už viac ako 4 miliardy rokov. Určité plyny v atmosfére nie sú rovnako dobre "priepustné". Pôsobia niečo ako "zadržiavači žiarenia" a celý systém Zeme sa tým ohrieva. Praatmosféra obsahovala niektoré tzv. skleníkové plyny - oxid uhličitý, vodnú paru a metán. Na povrchu Zeme je žiarenie z veľkej časti pohltené a potom znovu vyžiarené, ale s väčšou vlnovou dĺžkou, v infračervenej oblasti (ako teplo). Infračervené žiarenie atmosféra zachytáva a vracia naspäť a takto sa teplo na Zemi zhromažďuje. Dnešný vplyv tzv. prirodzeného skleníkového efektu robí asi 33 C, je teda zásadne dôležitý pre existenciu vody v kvapalnom stave a teda i existenciu života. Medzi stopové plyny v atmosfére, ktoré majú merateľný vplyv na skleníkový efekt, patri oxid uhličitý, vodná para, ozón, oxid dusný, freóny, amoniak a oxid uhoľnatý. So skleníkovým efektom sa stretávame denne (napr. keď je v noci zatiahnuté, vodná para zachytáva vyžiarené teplo a je teplejšie než za jasnej noci) a jeho dôsledky sa dajú pozorovať na celej planéte (Mesiac, ktorý je od Slnka vzdialený viac ako od Zeme, však vzhľadom k nižšej gravitácii si neudržal atmosféru, a práve kvôli neprítomnosti skleníkového efektu sú na ňom enormné rozdiely medzi dennou a nočnou teplotou). Problém teda nie je v existencii skleníkového efektu, ale v pridávaní k nemu, spôsobenému zmenou chemického zloženia atmosféry v dôsledku ľudskej činnosti. Jedná sa pritom predovšetkým o oxid uhličitý, uvoľňovaný z fosílnych palív, freóny z aerosóly a chladiacich zariadení a metán, unikajúci pri ťažbe zemného plynu. Potencionálny vplyv zmeny skleníkového efektu na globálnu klímu je všeobecný a rozsiahly - predpokladá sa prinajmenšom s topením ľadovcov, zvýšením hladiny oceánu a zaplavením nízko položených oblasti , s poruchami v morských prúdoch a v prúdení atmosféry, ktorá bude príčinou zmien v zrážkach a teda sucha a naopak inde záplav. Hlavné prírodné skleníkové plyny sú vodná pára, oxid uhličitý (CO2), metán (CH4) a oxid dusný (N2O), ktoré sa spolu na zložení atmosféry podieľajú menej než percentom. V dôsledku ľudskej činnosti koncentrácie všetkých hlavných skleníkových plynov stúpajú - v prípade vodnej pary nepriamo. Sila skleníkového efektu sa tak zväčšuje, vzniká antropogenný (človekom spôsobený) tzv. prídavný skleníkový efekt. V priemere teda dochádza k ohrievaniu atmosféry.