地面吸收太阳辐射能而增温，同时地面又把热量向外辐射。由验得知，物体的温度越高，辐射中最强部分的波长越短，反之越长。由于地球表面的温度比太阳低得多，所以地面辐射的波长比太阳辐射长得多，其能量主要集中在红外线部分。因此，相对于太阳短波辐射来说，地面辐射为长波辐射。
对流层大气中的水汽和二氧化碳等，吸收红外线长波辐射的能力很强。因此，地面放出的长波辐射除极少一部分透过大气返回宇宙空间外，绝大部分（75%一95%）都被对流层大气中的水汽和二氧化碳等吸收，使大气增温。所以，地面是对流层大气主要的直接热源。
大气在增温的同时，也向外放出红外线长波辐射。大气辐射除一小部分向上射向宇宙空间外，大部分向下射向地面，其方向与地面辐射正好相反，故称为大气逆辐射。大气逆辐射又把热量还给地面，这就在一定程度上补偿了地面辐射损失的热量，对地面起到了保温作用。天空有云，特别是有浓密的低云时，大气逆辐射更强。
综上所述，地球大气对太阳短波辐射几乎是透明体，大部分太阳辐射能够透过大气射到地面上，使地面增温；大气对地面长波辐射却是隔热层，把地面辐射放出的热量绝大部分截留在大气中，并通过大气逆辐射又将热量还给地面。人们把大气的这种作用，称为大气温室效应（图2.6）。 地球大气对太阳辐射的削弱作用和对地面的保温作用，既降低了白天的最高气温，又提高了夜间的最低气温，从而减小了气温日较差，使地球表面平均气温提高到15℃，形成适宜人类生存的温度环境。如果没有大气的温室效应，地球表面的平均气温将下降到-18℃，地球上的绝大多数生态系统将不复存在。