一、大气温室效应
大气中的CO2来源于燃料的燃烧、有机体的腐烂分解和动物、植物的呼吸作用。CO2是大气中的易变成分，在大气中的含量随发生源的分布与活动情况而变动。近年来，由于人类对森林的破坏和矿物燃料消耗的增加，大气中CO2有逐年增多的趋势。据距人为污染源很远的夏威夷其纳洛阿峰顶观测站对大气CO2含量监测的结果，CO2含量除有季节性变动外，还存在着逐年净增的情况。
绿色植物的光合作用能同化CO2。据估计，地球上的自养植物每年约可同化2×1011吨的碳素，其中40％是由浮游植物同化的，60％是由陆生植物同化的。植物对CO2的固定速率因气候、植被类型不同而有很大差异。例如：热带雨林每平方米每年可固定碳素1～2千克；中纬度森林每平方米每年可固定碳0.2～0.4千克；北极冻土地带和荒漠仅为0.01～0.02千克。绿色植物虽然能消耗大量的CO2，但大气中CO2浓度不仅没有减少，反而在逐年增加。这是因为，近百年来由于工业的迅速发展，使矿物燃料及有机物燃烧增加，泥炭开发、森林砍伐与草地放牧等减少了植被对CO2固定的量。
根据CO2的辐射吸收特性，它能使太阳辐射特别是可见光相对无阻挡地穿过大气层到达地球表面，但它在红外光谱区有几个吸收带，拦截并吸收了相当一部分来自地面的红外辐射，同时它们又向各个方向放出红外辐射，使部分能量又返回到地面和低层大气，使能量截留在大气中，造成地面和低层大气变暖，这种作用类似玻璃温室的作用，称为大气温室效应。凡能吸收波长为10纳米附近的红外辐射的气体都是温室气体。因此大气中除CO2外，N2O、O3、水汽、CH4等也是温室气体。各种温室气体的增温效应是不同的，其中，CO2在大气中含量最多，对大气变暖贡献最大，约占60％。
二、气候变化
地球气候变化由来已久，最早可追溯到距今45亿年前。对漫长地质时期的气候变化，研究比较多的是最后200万年中的第四纪的冰期—间冰期循环。人们除希望了解地质时期的气候变化外，更加关心的是自19世纪末以来全球气候的变暖，特别是自20世纪80年代以来全球气候加速变暖和未来气候将如何变化的问题。
气候变化按其时间尺度可分为长期气候变化、短期气候变化和当代气候变化。气候变化按其原因可分为自然变化和人类活动对气候的影响而引起的变化。人类活动引起的气候变化主要是人为温室气体强迫引起的气候变暖。人类活动对气候的影响，从5000～9000年以前就开始表现出来了。那时人们通过燃烧和砍伐森林以及开垦土地等无意识的活动改变了环境，从而对气候产生了影响。工业时代之前所出现的较大的全球平均温度变化，仅仅归因于自然影响，但自1880年以来观测到的全球平均温度类似的变化，有时甚至更大的变化都被认为是人类活动影响的结果。尽管某种时间尺度上可能是某种原因起主导作用，但还必须考虑其他原因的次要作用，否则难以解释气候变化的多样性和复杂性。
气候变暖，即使温度升高得非常有限，也会对森林生态系统的发展产生深远的影响。森林植物的生理过程，最重要的是光合作用、蒸腾作用、呼吸作用和繁殖等，它们对温度变化极为敏感。温度升高可使净光合作用速率增加，促进植物生长。蒸腾作用和蒸发作用的增强可能使较干旱地区的逆境加强。由于授粉昆虫种群或幼苗存活的变化，繁殖过程可能发生变化，某些重要的外来微生物病原或虫害的地理分布和寄主范围可能因此而扩大。由于气候变暖，原先是无害的当地微生物或昆虫可能变为重要的病虫害。