Để lý giải tại sao nhiệt độ Trái Đất cao hơn dự liệu trong bối cảnh chỉ có bức xạ Mặt trời chiếu tới, Joseph Fourier đã đề xuất sự tồn tại của hiệu ứng nhà kính. Năng lượng Mặt trời đến bề mặt do khí quyển không cản trở bức xạ Mặt trời. Bề mặt ấm phát bức xạ hồng ngoại nhưng nó lại bị cản trở tương đối bởi khí quyển và năng lượng bị chậm giải phóng, khiến hành tinh ấm lên. Kể từ năm 1859, John Tyndall xác định rằng nitơ và oxy (99% không khí khô) không cản trở bức xạ hồng ngoại nhưng hơi nước và lượng nhỏ các khí (đáng kể nhất là methane và carbon dioxide) hấp thụ và khi ấm lên phát bức xạ hồng ngoại. Sự thay đổi nồng độ những khí này có thể gây "tất cả đột biến về khí hậu mà các nhà nghiên cứu địa chất phát hiện" bao gồm các kỷ băng hà.Svante Arrhenius để ý thấy hơi nước trong không khí không ngừng đa dạng nhưng carbon dioxide thì do những quá trình địa chất lâu dài quyết định. Tại điểm kết của một kỷ băng hà, sự ấm lên do CO2 gia tăng sẽ làm tăng lượng hơi nước, khuếch đại hiệu ứng trong một quá trình phản hồi. Vào năm 1896, ông công bố mô hình khí hậu đầu tiên về hiện tượng này, chỉ ra giảm một nửa CO2 có thể khiến nhiệt độ giảm một mức đủ để khởi động kỷ băng hà. Arrhenius tính toán rằng nếu gấp đôi lượng CO2 thì nhiệt độ sẽ tăng cỡ 5–6 °C (9,0–10,8 °F). Các nhà khoa học khác lúc đầu nghi ngờ và tin rằng hiệu ứng nhà kính bị bão hòa nên có thêm thêm CO2 thì cũng không khác gì. Họ nghĩ khí hậu sẽ tự điều chỉnh. Từ năm 1938 Guy Stewart Callendar công bố bằng chứng chỉ ra khí hậu đang ấm lên và hàm lượng CO2 đang tăng nhưng những tính toán của ông cũng vấp phải sự phản đối tương tự.Vào thập niên 1950, Gilbert Plass tạo ra một mô hình máy tính chi tiết tính đến các lớp khí quyển khác nhau và phổ hồng ngoại, phát hiện hàm lượng CO2 tăng sẽ khiến khí hậu ấm lên. Cùng thời gian, Hans Suess tìm thấy bằng chứng về việc CO2 đã đang tăng, Roger Revelle chỉ ra đại dương sẽ không hấp thu lượng tăng và họ cùng nhau hỗ trợ Charles Keeling bắt đầu ghi chép sự gia tăng tiếp diễn thể hiện qua Đường cong Keeling. Giới khoa học cảnh báo công chúng và nguy cơ được trình bày tại phiên chứng nhận trước Quốc hội của James Hansen năm 1988. Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu được thành lập năm 1988 để đưa ra lời khuyên chính thức cho các chính phủ trên thế giới và thúc đẩy nghiên cứu liên ngành.
Để lý giải tại sao nhiệt độ Trái Đất cao hơn dự liệu trong bối cảnh chỉ có bức xạ Mặt trời chiếu tới, Joseph Fourier đã đề xuất sự tồn tại của hiệu ứng nhà kính. Cùng thời gian, Hans Suess tìm thấy bằng chứng về việc CO2 đã đang tăng, Roger Revelle chỉ ra đại dương sẽ không hấp thu lượng tăng và họ cùng nhau hỗ trợ Charles Keeling bắt đầu ghi chép sự gia tăng tiếp diễn thể hiện qua Đường cong Keeling.