Solenergien er ikke den eneste faktor, der bestemmer atmosfærens temperatur. Som nævnt ovenfor udsender Jordens overflade, efter at have absorberet solstråling i det synlige område, infrarød stråling tilbage til rummet. Flere atmosfæriske gasser absorberer denne varmestråling og genudstråler den i alle retninger,På plottet er der tegnet linjer, der forbinder punkter med samme temperatur (som konturlinjer på et kort), angivet i grader C. Figur 2 er for december til februar, som er vinter på den nordlige halvkugle og sommer på den sydlige. Som man kan forvente, findes den varmeste temperatur ved overfladen nær ækvator, og temperaturen falder, når man bevæger sig mod en af polerne og/eller når man stiger i højden. Overraskende nok er det koldeste sted i den nedre atmosfære dog ved tropopausen over ækvator, som er koldere end selv over polarområderne. Illustration af Hans & Cassidy. Med tilladelse fra Gale Group. temperaturplottet (figur 3) for juni til august (vinter på den sydlige halvkugle, sommer på den nordlige halvkugle) viser, at temperaturen ved ækvator ikke ændrer sig meget i takt med årstiderne. De mellemste og høje breddegrader har oplevet langt større ændringer, da temperaturkonturerne er flyttet nordpå. Tropopausen over ækvator er stadig ekstremt kold, kun overgået af stratosfæren over Antarktis. Illustration af Hans & Cassidy. Med venlig hilsen af Gale Group.
indbefattet tilbage mod overfladen. Disse såkaldte drivhusgasser fanger således infrarød stråling i atmosfæren, hvilket øger dens temperatur. Vigtige drivhusgasser omfatter vanddamp (H2O), kuldioxid (CO2) og metan (CH4). Det anslås, at jordens overfladetemperatur i gennemsnit ville være ca. 32 °C (90 °F) lavere, hvis der ikke var drivhusgasser. Da denne temperatur ligger et godt stykke under vands frysepunkt, er det indlysende, at planeten ville være langt mindre gæstfri for liv, hvis drivhuseffekten ikke fandtes.
Selv om drivhusgasser er vigtige for at opretholde livet på planeten, er mere ikke nødvendigvis bedre. Siden begyndelsen af den industrielle revolution i midten af det nittende århundrede har mennesket frigivet stigende mængder kuldioxid til atmosfæren gennem afbrænding af fossile brændstoffer. Niveauet af kuldioxid, der er målt i den fjerne atmosfære, har vist en kontinuerlig stigning, siden man begyndte at føre optegnelser i 1958. Hvis denne stigning omsættes til en tilsvarende stigning i atmosfærens temperatur, vil resultaterne være katastrofale: smeltende polariskapper og svulmende have, hvilket vil resultere i, at kystbyer bliver dækket af havet, radikale klimaændringer, der kan ødelægge planter og dyr, som ikke kan tilpasse sig hurtigt nok, og uforudsigelige ændringer i vind- og vejrmønstre, hvilket vil skabe store udfordringer for landbruget. Problemet med at forudsige de ændringer, som de stigende drivhusgasser kan medføre, er, at jordens klima er et meget kompliceret og indbyrdes forbundet system. Samspillet mellem atmosfæren, havene, kontinenterne og iskapperne er ikke helt forstået. Selv om det er kendt, at noget af den udledte kuldioxid absorberes af havene og i sidste ende aflejres som karbonatsten (f.eks. kalksten), ved vi ikke, om dette er en konstant proces, eller om den kan holde trit med vores konstante udledning. Computermodeller, der er udviklet til at efterligne jordens klima, må foretage mange tilnærmelser. Ikke desto mindre tyder beregninger foretaget af disse mindre end perfekte modeller på, at en fordobling af kuldioxidniveauet vil betyde en stigning i den gennemsnitlige overfladetemperatur på den nordlige halvkugle på 4-6 °C (39-43 °F). Det lyder måske ikke af meget, men bemærk, at under den sidste istid, hvor store iskapper dækkede store dele af den nordlige halvkugle, var Jordens gennemsnitstemperatur kun 5 °C lavere end det nuværende niveau.