Hiệu ứng nhà kính của khí nhà kính là do khả năng hấp thụ hồng ngoại (một loại bức xạ nhiệt). Khả năng của khí nhà kính để hấp thụ tia hồng ngoại được xác định bởi cấu trúc phân tử của chúng. Có các liên kết cộng hóa trị không phân cực và liên kết cộng hóa trị cực trong phân tử. Các phân tử cũng được chia thành các phân tử cực và các phân tử không phân cực. Sức mạnh của cực phân tử có thể được thể hiện bằng thời điểm lưỡng cực μ. Chỉ những rung động với những khoảnh khắc lưỡng cực thay đổi mới có thể gây ra quang phổ hấp thụ hồng ngoại có thể quan sát được. Các phân tử có khoảnh khắc lưỡng cực hoạt động hồng ngoại; trong khi các rung động phân tử với Δμ = 0 không thể tạo ra sự hấp thụ rung hồng ngoại, chúng hoạt động không hồng ngoại. [1] Nói cách khác, khí nhà kính là các phân tử hoạt động hồng ngoại với các khoảnh khắc lưỡng cực, vì vậy chúng có khả năng hấp thụ hồng ngoại và bảo tồn nhiệt hồng ngoại.
Khí nhà kính chính trong khí quyển là hơi nước (H2O). Hiệu ứng nhà kính được tạo ra bởi hơi nước chiếm khoảng 60% -70% hiệu ứng nhà kính tổng thể, tiếp theo là carbon dioxide (CO₂), chiếm khoảng 26% và còn lại là ozone (O₃), metan (CH₄), oxit nitơ (N₂O), perfluorocarbons (PFCs), hydrofluorocarbons (HFCs), chlorofluorocarbons (HCFCs) và sunfua hexafluoride (SF6), v.v.