大氣 CO2 濃度不斷增高導致全球氣溫明顯上升， 作為影響大氣 CO2 濃度的重要過程，碳循環成為全球氣候變化研究的焦點，碳平衡是其中的核心
問題，它由碳固定與碳釋放兩個過程組成，
大氣中二氧化碳（CO2）、臭氧（O3）、甲烷（CH4）、氧化亞氮（NO）等濃度的增加，就像在地球周圍大氣中罩了一層
玻璃，使得太陽輻射到地表的熱量難以向空中散發，導致近地表的溫度增高，造成溫室效應。其中，最重要的因素是CO2 濃度的增高，CO2 有吸熱和隔熱的特點，因此也被稱為溫室氣體。最近的150 年來，大氣CO2 濃度已從280×10－8 上升到400×10－8，導致全球平均氣溫上升了約0.7℃，災害性天氣頻發，且強度加大。大量科學論證表明，如果大氣溫度上升超過2℃，地球上的生命將岌岌可危。
2015 年12 月22 日，美國國家
航空航天局（NASA）公布了首張全球CO2 分布圖，其中中低緯度部分地區的大氣CO2 濃度突破了400×10－8。2019 年5 月夏威夷莫納羅亞天文臺觀測到大氣層CO2 濃度達到了415.26×10－8，這是人類有史以來首見。
全世界的科學家已達成共識：CO2 排放增加會導致全球氣候變暖、極端天氣增多，從而使南北極積雪融化、海平面上升、極端旱澇災害頻發、沿海三角洲被淹沒等。根據100 個野外站點的觀察，科學家們估計，從2003 年到2017 年，全球變暖導致的北部多年凍土層融化釋放的碳，比植被吸收的量平均每年多出6×1011 千克。
到目前為止，人類使用煤炭、石油、天然氣等化石燃料所產生的以CO2 為主的溫室氣體排放，被認為是導致近150 年來大氣CO2 濃度急劇上升和全球變暖的主要推手。
