二氧化碳是煤炭、石油、天然气等化工燃料燃烧时的副产品，人类和动植物在新陈代谢过程中也呼出大量二氧化碳。大气中的二氧化碳，对于来自太阳的短波辐射几乎是透明的，因而地表能受到太阳辐射而增温；另一方面，二氧化碳对从地表射向太空的长波辐射，特别是对红外辐射有强烈的吸收作用。二氧化碳这种使短波进入而阻止长波逸出的单向阀门作用，有些类似温室玻璃的作用，所以习惯上称为“温室效应”，更确切些则应称为“大气效应”。在全球变暖的气候研究中，这些具有温室效应的气体被统称为“温室气体”。
二氧化碳的温室效应使它在控制全球气候方面有举足轻重的作用。另一方面，它是绿色植物光合作用产生碳水化合物中碳的来源，从而提供了所有动植物生活的基础。
二氧化碳在大气中的平均含量约为万分之三（按体积算），但这个含量一直在变化着。自1850年以来，由于人类活动，大气中的二氧化碳含量从290ppm（ppm表示百万分之一）增至360ppm。其中有确切记录的是根据1957～1958国际地球物理年计划而建立的两个大气二氧化碳监测站的监测结果，一个站是夏威夷群岛的冒纳罗亚高山站，另一个是南极站。由这两个站的监测记录可以看出，大气中的二氧化碳含量在有规律地逐年增长，刚开始的增长率为0.7ppm／年，而70年代末期已达到1.4ppm／年，80年代末则达到极大值为1.8ppm／年。
对于二氧化碳含量的增长，一般都归因于工业化程度提高和使用化石燃料增加的结果。但现在也有证据表明，世界范围内由于人工采伐、农田扩大等原因使森林面积减少，从而使碳的贮存库减少，这也是大气中二氧化碳含量增加的一个重要因素。
对二氧化碳含量增长所带来的后果，人们也进行了种种模拟估算。当二氧化碳含量比现在增加一倍时，估算的结果是，使极冰融化，水位升高，从而使一些海拔较低的大陆被淹没，世界气候将变暖，导致干旱地区扩大，严重影响农业生产。由此而引起的气候问题已引起人们的普遍关注。