Les principaux gaz à effet de serre sont la vapeur d'eau, le dioxyde de carbone, le méthane, le protoxyde d'azote, l'ozone et les gaz fluorocarbonés.

La vapeur d'eau est le principal gaz à effet de serre. Elle forme les deux tiers des gaz à effet de serre d'origine naturelle. Les activités humaines n'ajoutent pas de vapeur d'eau à l'atmosphère. Par contre, un air plus chaud peut retenir plus de vapeur d'eau. Des températures croissantes renforcent donc le processus de changement climatique.

Le dioxyde de carbone (CO2) est le principal gaz à effet de serre d'origine humaine. À l'échelle mondiale, ce gaz est responsable de plus de 60% du renforcement de l'effet de serre. Dans les pays industrialisés, les émissions de gaz à effet de serre sont constituées à plus de 80% de CO2.

La combustion des combustibles fossiles est la source principale de l'excès de CO2. Actuellement, nous envoyons chaque année dans l'atmosphère plus de 25 milliard de tonnes de CO2.

Le méthane (CH4) est le second gaz à effet de serre en importance. Il est issu de combustions incomplètes, de l'élevage des ruminants (vaches, moutons, chèvres…), de la culture du riz, de la décomposition des déchets et de fuites de gaz dans l'industrie pétrolière.

Le protoxyde d'azote (N2O) est libéré naturellement par les océans et par les forêts tropicales et est produit dans le sol par des bactéries. Les sources anthropiques (càd d'origine humaine) comprennent les engrais azotés, la combustion d'énergie fossile et les processus industriels où intervient l'azote, comme l'épuration des eaux. Dans les pays industriels, les émissions de N2O constituent environ 6% des gaz à effet de serre.

L'ozone (O3) provient de la combustion des carburants fossiles (transport, chauffage, industrie…).

Des gaz à effet de serre d'origine non naturelle ont été développés par l'homme à des fins industrielles. Les plus connus d'entre eux sont probablement les chlorofluorocarbures CFC qui constituent des gaz à effet de serre mais, de plus, détruisent la couche d'ozone; ils sont utilisés entre autres dans les réfrigérateurs, les congélateurs et les climatiseurs. Citons également l'hexafluorure de soufre (SF6) employé dans l'industrie électronique et les perfluorocarbures PFC qui sont libérés dans la production de l'aluminium et sont également employés dans l'industrie électronique.