يعد غاز ثاني أوكسيد الكربون CO₂ من الغازات الهامة في الغلاف الجوي، بالرغم من تركيزه القليل (ppm 350) وذلك لأنه يعمل مع بخار الماء وبعض عناصر الدفيئة الجوية الأخرى على امتصاص الأشعة تحت الحمراء المنعكسة عن الأرض، ويعيد إصدار هذه الأشعة إلى سطح الأرض ثانيةً، وبالتالي فإن أي زيادة في تركيزه في الغلاف الجوي، ستؤدي إلى تشكيل طبقة عازلة للحرارة حول الأرض تشبه في تأثيرها البيوت البلاستيكية الحافظة للحرارة Greenhouse effect.

بات من المعروف أن الاستهلاك اليومي للوقود الأحفوري أو الفحوم الهيدروجينية، من أهم مولدات غاز ثاني أوكسيد الكربون ضمن الغلاف الجوي، حيث تحدد نسبة CO₂ الجوي وفقاً لاستهلاك الوقود ووفقاً للاستهلاك والإصدار الحيوي. إن وجود دليل واضح على ارتفاع مستوى ثاني أوكسيد الكربون الجوي منذ بداية الثورة الصناعية في القرن الثامن عشر أصبح منبع قلق للعلماء والباحثين في المجال البيئي. حيث كانت أول محاولة لقياس تركيزه في الغلاف الجوي قد بدأت منذ عام 1958 وفي مناطق بعيدة عن مصادر التلوث وعلى ارتفاع يبلغ حوالي 4000 متر عن سطح البحر، فوق قمة جبل مونالوا في جزر هاواي الأمريكية. لقد أشارت الدراسات إلـــى حدوث زيادة مطردة لتركيزه بمعدل تقريبي 1.7ppm سنوياً، كما أشارت الدراسات أيضاً إلى تغير تركيزه وفقاً للتغير الفصلي. ففي نصف الكرة الأرضية الجنوبي، يبلغ أعلى تركيز لغاز ثاني أوكسيد الكربون في الغلاف الجوي في شهر نيسان وأدنــــى تركيز في شهر أيلول، وذلك بسبب يعرف بتقلبات التركيب الضوئي Photosynthetic Pulse خاصة في الغابات.

يوضح الشكل (3-9) تغيرات تركيز غاز ثاني أوكسيد الكربون الجــوي خــلال العقود الأربعة الماضية بالإضافة الى تأثير التعاقب الفصلي على مستوى تركيزه. حيث تبين القياسات الحالية، أن تركيز ثاني أوكسيد الكربون الجوي قد ارتفع من  ppm316  في عام 1958، إلى حوالي ppm369 في عام 1988. كما دلت القياسات ضمن جليد القارات القطبية، إلى تقدير كامل عن مستوى ثاني أوكسيد الكربون في الجو قبل الحقبة

الصناعية، والذي لم يتجاوز ppm280 . ونجد بذلك زيادة قدرها حوالي ppm 90  أي ما يعادل زيادة قدرها 160 مليار طن من هذا الغاز (حوالي (30). ولكـــي نــضـع هـذه الزيادة في إطارها الملائم، نستطيع أن ننظر إلى التغيرات الطبيعة منذ آخر العــصــور الجليدية، عندما كانت درجة الحرارة أقل بكثير من الوقت الراهن، حتى فترة ما قبل الثورة الصناعية، ووفقا للأدلة المستمدة من قياسات أعماق الجليد، فإن مستوى ثــاني أوكسيد الكربون الجوي في العصر الجليدي كان حوالي ppm200  مقارنة بمستواه في حقبة ما قبل الثورة الصناعية حيث بلغ ppm280  وهي زيادة تربو على 160 مليار طن، أي ما يعادل تقريباً حجم التلوث الحالي بثاني أوكسيد الكربــون الـذي أنتجتــه البشرية في الغلاف الجوي.

تتوقع الدراسات الحالية ان تتضاعف كمية غاز ثاني أوكسيد الكربون ضمن الغلاف الجوي في منتصف القرن الحادي والعشرين، وبالتالي ارتفاع متوسط درجة حرارة سطح الأرض بمعدل 4.5-1.5 يمكن أن يؤدي هذا التغير إلى تغيرات بيئية خطيرة غير قابلة للعكس ، مثل ذوبان الجبال الثلجية القطبية وبالتالي تحرر غاز ثـــاني أوكسيد الكربون وارتفاع منسوب المياه.

يعد غاز ثاني أوكسيد الكربون، مقارنة بغازات الغلاف الجوي الأخرى، مــن الغازات غير الفعالة كيميائياً، ويعود ذلك لانخفاض تركيزه وضعف فعاليته. وتظهر فعاليته الوحيدة، كونه يتفكك لغاز أول أوكسيد الكربون CO عند الارتفاعات العالية ضمن طبقة الستراتوسفير، حيث يتفكك ضوئياً بتأثر الأشعة فوق البنفسجية كما يلي: