Drivhusgasserne har den egenskab, at de gør atmosfæren næsten uigennemskinnelig for den varmestråling, der kommer fra jordoverfladen. Kun cirka10 % af strålingen fra jordoverfladen kan undslippe direkte inden for et begrænset frekvensområde, "det atmosfæriske vindue", mens resten optages af drivhusgasserne.

Med et stabilt indhold af drivhusgasser bliver al den indkommende solstråling enten reflekteret eller udstrålet som varmestråling. En del af strålingen bliver tilbagekastet af skyer eller af jordoverfladen. Lyse områder på jordoverfladen som is og sne tilbagekaster meget lys, mens mørke områder som skov og havområder tilbagekaster mindre.

Al den solstråling, der optages af jordoverfladen, af havet og af plante- og dyrelivet, bliver på et eller andet tidspunkt afgivet igen som varmestråling eller infrarød stråling. Resultatet er balance mellem den energi, Jorden optager fra solen, og den energi, der som varmestråling bliver strålet ud i verdensrummet igen.

På grund af drivhusgasserne er atmosfæren som helhed stort set uigennemskinnelig for varmestråling. Det meste af den varmestråling, der kommer fra jordoverfladen, bliver optaget igen af drivhusgasserne i atmosfæren og udstrålet i alle retninger. Først i stor højde over jordoverfladen, hvor atmosfæren er blevet tynd nok, kan varmestrålingen undgå at blive optaget af drivhusgasser og forsvinde ud i verdensrummet. Varmetransporten op igennem atmosfæren sker, udover ved varmestråling, også ved bevægelse af luftmasserne med varmen bundet i luft og vanddamp.

Atmosfærens drivhusgasser virker altså isolerende, så der er varmere ved jordoverfladen end i de højder, hvor varmestrålingen kan undslippe til verdensrummet.

Hvis indholdet af drivhusgasser stiger, bliver atmosfæren endnu mere uigennemskinnelig for varmestrålingen, og varmestrålingen skal endnu højere op i atmosfæren for at undslippe. For at komme af med energien fra solen og finde ligevægt igen bliver jordoverfladen og atmosfæren varmere, end de var før.