La Terre se comporte en effet comme un « corps noir »: elle émet un flux d'énergie dont l'intensité dépend de sa température absolue - celle-ci, définie en degrés Kelvin, se déduit des valeurs en degrés Celsius par un simple décalage d'échelle, la température d'un corps à 0 °C valant 273 degrés Kelvin. Le flux émis, qui suit la loi de Stefan, est proportionnel à la puissance quatrième de la température absolue de la Terre. Il est presque uniquement concentré dans le domaine du rayonnement infrarouge, entre 4 et 100 micromètres (pm), avec un maximum d'intensité centré autour de 12 gin. Le rayonnement solaire, par contre, émis par un «corps noir», le Soleil, à une température avoisinant 6 000 degrés Kelvin, présente un maximum d'intensité dans les longueurs d'onde du visible, autour de 0,6 pin, et s'étend dans une gamme de longueurs d'onde couvrant l'ultraviolet jusqu'au proche infrarouge, de 0,2 à 4 Dun.

L'effet de serre

En l'absence de tout effet de serre, si l'atmosphère était parfaitement transparente au rayonnement infrarouge émis par la surface de la Terre, des calculs théoriques nous indiquent que la température superficielle de la Terre ne serait que de -18 °C. En réalité, la vapeur d'eau, l'eau liquide des nuages, le gaz carbonique et d'autres éléments à l'état de traces dans l'air, absorbent une fraction importante du rayonnement infrarouge émis par la surface, limitant ainsi la déperdition d'énergie en direction de l'espace. Agissant comme des «corps noir», tous ces constituants renvoient un flux d'énergie infrarouge vers la surface. Grâce à cet apport supplémentaire, la température moyenne à la surface de la Terre atteint +15 °C, et non -18 °C. Sans effet de serre, la Terre serait un vaste désert de glace.

Ce processus a pris le nom d'effet de serre par analogie avec la serre du jardinier car, comme la vitre d'une serre, l'atmosphère permet au rayonnement solaire de pénétrer jusqu'à la surface mais empêche la perte de chaleur en piégeant le rayonnement infrarouge émis par la surface.

Il est important de noter que l'effet de serre décrit, maintien  la température de la surface de la Terre au voisinage de 15 °C  il dépend de la composition naturelle de l'atmosphère. Il résulte en grande partie de la présence de vapeur d'eau, qui joue un rôle majeur dans l'effet de serre, mais également de celle du gaz carbonique, pourtant présent en très faible proportion dans l'air (0,03% en volume). L'augmentation constante de la concentration du gaz carbonique dans l'air depuis deux siècles pourrait bien provoquer un réchauffement additionnel de la surface de la Terre dans le futur