Der Treibhauseffekt behindert die Abstrahlung von Wärme in das Weltall. Er führt zur Erwärmung der unteren Luftschichten der Erdatmosphäre (jährliche Mitteltemperatur der Atmosphäre) und wird durch das Auftreten bestimmter Gase (Klimagase) in der Atmosphäre hervorgerufen. Klimagase (Treibhausgase) sind also all jene Gase, die zum Treibhauseffekt beitragen.
Sie wirken ähnlich wie das Glasdach eines Treibhauses und behindern die Abstrahlung von Wärme ins Weltall. Klimagase absorbieren also die langwelligen Ausstrahlungen der Erdoberfläche (Wärme) und reflektieren einen Teil der Wärmeenergie zurück in Richtung Erdoberfläche. Unterschiedliche Gase absorbieren dabei unterschiedliche Wellenlängenbereiche. Diese Bereiche kann man sich als viele nebeneinander liegende Fenster vorstellen. Je nachdem wie "geschlossen" die bestehenden "Strahlungsfenster" durch schon vorhandene Gasmoleküle sind, wirkt sich ein zusätzliches Molekül mehr oder weniger stark aus.
Der natürliche Treibhauseffekt führt dazu, dass die mittlere bodennahe Temperatur global bei ca. 15°C liegt. Ohne Treibhauseffekt läge sie bei ca. -18°C. Es gibt sowohl natürliche Klimagase als auch solche, die verstärkt oder ausschließlich durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre gelangen. Die wichtigsten Klimagase sind Kohlendioxid, Methan, Distickstoffoxid (Lachgas), Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW), Ozon und Wasserdampf. Im weitesten Sinne müssen auch Partikel zu den Klimagasen gezählt werden, da auch sie Bestandteile der Atmosphäre sind und zum Treibhauseffekt beitragen können. Neuere Klimagase sind die Stoffe PFC (perfluorierte Kohlenwasserstoffe), HKFW (teilhalogenisierte Kohlenwasserstoffe) und SF6 (Schwefelhexafluorid). Experten schätzen, dass ihr Anteil am Treibhauseffekt von 1990 ca. 2% bis zum Jahr 2010 auf zehn bis zu zwanzig Prozent ansteigen wird. Sowohl die natürlichen als auch die künstlichen Klimagase tragen zur weltweiten Erwärmung der Erdatmosphäre bei. Im Laufe der vergangenen 100 Jahre ist es durch menschliche (anthropogene) Aktivitäten zu einem deutlichen Anstieg der Konzentration der Treibhausgase in der Erdatmosphäre gekommen (anthropogener Treibhauseffekt). Energieerzeugung, Verkehr, chemische Industrie, Landwirtschaft und Brandrodungen von Wäldern verstärken deshalb heute den natürlichen Treibhauseffekt. Eine weitere Zunahme des Treibhauseffektes hat langfristige, sehr weitreichende, jedoch nur sehr schwer abschätzbare Auswirkungen auf das Ökosystem und damit auch auf den Menschen.
Sollte sich der Ausstoß von Klimagasen in die Atmosphäre weiter unkontrolliert entwickeln, würde das zu drastischen Veränderungen des globalen Klimasystems führen. Niemand kann heute exakt vorhersagen, wann genau dieser Umschlag erfolgen und wie er sich auswirken wird. Denkbare Folgen für die Bewohner der Erde wären Wetteranomalien (Stürme, Überschwemmungen, Trockenperioden), Artensterben sowie ein Ansteigen des Meeresspiegels, was zu Überschwemmungen von Küstenregionen und globalen Völkerwanderungen führen kann. Darüber hinaus muss man bei Veränderungen so komplexer Systeme, wie es Klima und Ökosystem sind, immer mit Überraschungen rechnen. Es ist nicht sicher vorhersagbar, wie schnell und in welchen Zustand sich diese Systeme einschwingen werden, nachdem sie einmal aus dem Gleichgewicht gebracht wurden.
Durch den Treibhauseffekt muss es nicht überall wärmer werden. In einigen Regionen führt er möglicherweise trotz der Zunahme der globalen Mitteltemperatur der Atmosphäre zu niedrigeren Mitteltemperaturen. Die Ursache dafür kann z.B. das Zusammenbrechen oder der Richtungswechsel von Warmwasserströmungen im Meer (z.B. Golfstrom) aufgrund der klimatischen Veränderungen sein.
Der Treibhauseffekt ist durch seine globale Dimension ethisch besonders bedeutsam. Seine Auswirkungen betreffen die gesamte Erde, zeigen sich erst nach langen Zeiträumen und sind nur vage vorhersehbar. Die heute am stärksten Betroffenen Menschen leben in Ländern, die selbst nur einen sehr geringen Beitrag zum Treibhauseffekt geleistet haben. Anpassungen an die veränderten Bedingungen sind oft gerade in diesen Ländern auf Grund ihrer wirtschaftlichen Lage nur begrenzt möglich.
Unter den Klimagasen haben heute Kohlendioxid, Methan und Lachgas einen besonderen Stellenwert. Sie werden, da durch ihre Freisetzung der überwiegende Teil des anthropogenen Treibhauseffekts verursacht wird, für die Berechnung der Treibhauswirkungen von Prozessen und menschlichen Aktivitäten herangezogen. Ihre massenspezifische Treibhauswirkung ist sehr unterschiedlich und variiert zudem je nachdem, über wie viele Jahre hinweg ihre Wirkung betrachtet wird. Würde also jeweils die gleiche Masse dieser Stoffe freigesetzt, käme es zu sehr unterschiedlich starken Beiträgen zum Treibhauseffekt. Über einen Zeitraum von 100 Jahren führt die Freisetzung eines Kilogramms Methan ca. zur 21fachen - und die eines Kilogramms Lachgas ca. zur 320fachen Treibhauswirkung eines Kilogramms Kohlendioxid. Die Klimawirkung verschiedener Klimagase wird jeweils in CO2-Äquivalent umgerechnet, d.h. zu der Masse an CO2, die eine äquivalente Klimawirkung hätte. Die CO2-Äquivalente können dann addiert werden.
Aufgrund seiner enormen Menge ist derzeit Kohlendioxid das bedeutsamste Klimagas. Es entsteht vor allem bei Energiegewinnungsprozessen aus kohlenstoffhaltigen Brennstoffen und kann dort aus energetischen und pragmatischen Gründen weder umgewandelt noch herausgefiltert werden. Bei allen konventionellen Kraftfahrzeugen ist der Kohlendioxidausstoß direkt proportional zum Kraftstoffverbrauch. Wer also hohe Beschleunigungen vermeidet, vorausschauend vom Gas geht und rasch in einen hohen Gang schaltet, spart nicht nur bis zu 30% Kraftstoff ein, sondern verringert auch die CO2-Emissionen seines Kraftfahrzeugs um den gleichen Prozentsatz.
Deutschland hat sich als nationales Ziel gestellt, die gesamten CO2-Emissionen ausgehend von 1990 bis zum Jahr 2005 um 25% zu senken. Im Verkehrsbereich stiegen die CO2-Emissionen jedoch im Zeitraum von 1991-1999 um 10,3%. Seit 1999 waren sie rückläufig und erreichten im Jahr 2003 einen Wert von 166,5 Millionen Tonnen (5,3% mehr als 1990).