La Tierra recibe del sol radiaciones electromagnéticas que calientan su superficie. A su vez, ésta desprende parte de su calor en forma de radiación infrarroja. El CO2 contenido en la atmósfera actúa como un filtro para las radiaciones infrarrojas, por lo que impide su salida al espacio exterior, quedando esta energía encerrada en la atmósfera, calentándola. Este fenómeno se conoce como "efecto invernadero" y permite que el planeta sea habitable.
La concentración de CO2 permanece estable forma natural en la atmósfera gracias al equilibrio del ciclo del carbono sobre la Tierra. La ruptura de este equilibrio por un aumento excesivo de CO2 en la atmósfera aumentaría su temperatura global en varios grados, lo que podría causar profundos cambios climáticos sobre la superficie del planeta, de consecuencias por el momento imprevisibles.
Actualmente se maneja la hipótesis de que la elevación de la temperatura media observada en algunas partes del planeta sea debida a la influencia humana: consumo de energías fósiles, deforestación a gran escala. No puede afirmarse exactamente cuál es la contribución al calentamiento actual debida a causas naturales y cuál es la debida al aumento de la concentración de CO2 y de otros "gases invernadero", pero existen acuerdos de ámbito mundial para ir reduciendo las emisiones de CO2 a la atmósfera.