温室气体成分包括二氧化碳（CO2）、甲烷（CH4）、氧化亚氮（N2O）、臭氧（O3）、氟利昂或氯氟烃类化合物（CFCs）、氢代氯氟烃类化合物（HCFCs）、氢氟碳化物（HFCs）、全氟碳化物（PFCs）、六氟化硫（SF6）。其中CO2、CH4、N2O、和O3是自然界中本来就存在的成分，而CFCs、HCFCs、HFCs、PFCs和SF6则完全是人类活动的产物。
二氧化碳(CO2)
对于几年到几百年的时间尺度，全球碳循环主要是以CO2的形式在生物圈、海洋和大气圈中进行。我们都熟悉的植物光合作用就是吸收大气中的CO2，把碳用于生长，从而完成将大气中的CO2固定到陆地生物圈的过程；而植物的呼吸以及生物体的燃烧和腐烂等有机物的分解，则是以相反方式完成将碳返还到大气中的过程。海洋的透光层中也存在相似的光合和呼吸作用。海洋的非生物物理化学过程也在不断地吸收和释放CO2。大气中的总碳量每年约有十分之一是进进出出的，其中一半是与陆地生物群落交换，另一半则通过物理和化学过程穿过海洋表面。陆地、生物圈和海洋含碳量远大于大气中的含碳量，所以，这些大的碳库的很小一点变化，都可以对大气CO2浓度有很大的影响。
工业革命以前的几千年的时间里，大气中的CO2浓度平均值约为280ppmv(1ppmv=10-6,即百万分之一体积单位），变化幅度大约在10ppmv以内。工业革命之后，碳循环的平衡开始被破坏，造成大气中的CO2浓度的增加，1995年大气中的CO2浓度达到360ppmv。这主要是由于森林遭到大规模的破坏，CO2的生物汇在不断减少，加之煤炭、石油和天然气等化石燃料的消费一直在增加，而海洋和陆地生物圈并不能完全吸收多排放到大气中的CO2，从而导致大气中的CO2浓度不断增加。
目前，全世界每年燃烧煤炭，石油和天然气等化石燃料排放到大气中的CO2总量折合成碳大约是60亿吨；每年由于土地利用变化和森林破坏释放约15亿吨。而每年大气中碳的净增加大约是38亿吨，其余的37亿吨则被海洋和陆地生物圈吸收，其中海洋吸收约20亿吨，陆地生物圈吸收约17亿吨。可以看出，每年排放到大气中的CO2约有50%留在大气中。CO2的产生和消除涉及的主要领域包括能源、交通、居住、商业、燃料逸出性排放、农业、林业、土地利用等。
甲烷(CH4)
甲烷是大气中含量丰富的有机气体，它主要来自于地表，可分为人为源和自然源。人为源包括天然气泄漏、石油煤矿开采及其它生产活动、热带生物质燃烧、反刍动物、城市垃圾处理场、稻田等。自然源包括天然沼泽、湿地、河流湖泊、海洋、热带森林、苔原、白蚁等。甲烷的产生和消除的领域主要包括废物处理、农业、燃料逸出性排放、与能源相关或无关的工业、土地变化和林业等。
全球甲烷排放源约为5.35(4.10-6.60)亿吨/年,其中自然源1.60(1.10-2.10)/年,人为源3.75(3.00-4.50)亿吨/年，人为源约占70％。人类排放源可分为与化石燃料有关的排放源和生态排放源。
甲烷的汇有：1.在对流层大气中与OH反应而被氧化掉约4.45(3.60-5.30)亿吨/年；2、一部分甲烷输送到平流层，在那儿发生光解和被OH、Cl和O(1D)等氧化约0.40(0.32-0.48)亿吨/年；3.被土壤吸收约0.30(0.15-0.45)亿吨/年。全球甲烷汇约为5.15亿吨/年.大气中甲烷的年增加量约为0.37亿吨。