Koncentracije toplogrednih plinov veljajo za največjega krivca globalnega segrevanja ozračja. V zadnjih dvajsetih letih se je učinek višjih emisij toplogrednih plinov na globalno segrevanje ozračja povečal za 30 odstotkov. Med toplogrednimi plini je daleč najbolj problematičen ogljikov dioksid (CO2), sledijo pa metan in dušikovi oksidi.

V zadnjem letu se je za dva grama na kilogram povečala koncentracija CO2 v ozračju, leto poprej pa za 2,3 grama na kilogram. V letu 2011 je bila stopnja rasti koncentracij CO2 tako lani večja od povprečne stopnje rasti v 90-ih letih, ko je znašala 1,5 grama na kilogram, a je primerljiva s povprečno stopnjo rasti v zadnjih desetih letih, ki znaša 2,9 grama na kilogram.

Vse od začetka industrijske dobe leta 1750 je bilo po podatkih Svetovne meteorološke organizacije v ozračje izpuščenih približno 375 milijard ton CO2, večinoma zaradi izgorevanja fosilnih goriv. Polovica ogljikovega dioksida se nahaja v atmosferi, ostalo polovico pa so absorbirali oceani in kopenske biosfere.