Các nhà khoa học quan tâm đến mức carbon dioxide (CO2) trong khí quyển Trái Đất bởi vì nó có tác động đến hiệu ứng nhà kính. Mức này đã tăng lên đáng kể trong thế kỷ 21, tăng trung bình 2,0 ppm/năm trong giai đoạn 2000–2009 và có dấu hiệu tăng nhanh hơn kể từ khi đó. Trước thời đại công nghiệp mật độ này bằng 280 ppm, nhưng tăng lên tới 400 ppm (phần triệu) tính đến năm tháng 5 năm 2013, do chủ yếu từ những nguồn hoạt động của con người ảnh hưởng lên môi trường. Khoảng 57% lượng khí thải CO2 làm tăng mật độ của nó trong khí quyển, những phần còn lại đa số làm axít hóa đại dương. Quá trình quang hợp tiêu thụ cacbon dioxide (ở thực vật và sinh vật quang tự dưỡng), và nó cũng là một trong các loại khí nhà kính. Mặc dù mật độ tập trung của CO2 là khá nhỏ so với các khí khác trong khí quyển, CO2 là nhân tố quan trọng của khí quyển Trái Đất bởi vì các phân tử CO2 hấp thụ và phát xạ tia hồng ngoại tại bước sóng 4,26 µm (trong mode dao động giãn bất đối xứng) và 14,99 µm (mode dao động uốn), và vì vậy đóng vai trò quan trọng trong hiệu ứng nhà kính. Mức hiện tại cao hơn bất kỳ thời gian nào trong 800.000 năm trước, thậm chí khả năng cao hơn hẳn trong 20 triệu năm qua.