Emisije ugljičnog dioksida (CO2) nastaju kada se ugljični dioksid ispusti u atmosferu, bilo prirodno ili kroz ljudske aktivnosti kao što je spaljivanje fosilnih goriva. Ugljični dioksid je kemijski spoj sastavljen od jednog atoma ugljika i dva atoma kisika koji postoji u fazi plina u Zemljinoj atmosferi. Atmosfera je niz slojeva plinova koji okružuju Zemlju. Ovi plinovi su vezani za planet i Zemljina gravitacija spriječava ih plutati u svemir. Atmosfera se uglavnom sastoji od dušika i kisika, ali i mnogi drugi plinovi, uključujući malu količinu ugljičnog dioksida, također postoje u atmosferi.
Emisije ugljičnog dioksida i drugih stakleničkih plinova koje je stvorio čovjek narušile su tu ravnotežu. Staklenički plin je atmosferski plin koji propušta sunčevu svjetlost kroz atmosferu do Zemlje. Kako svjetlost pada na Zemlju, dio se odbija prema svemiru kao infracrveno zračenje ili toplina. Staklenički plinovi zadržavaju ovu toplinu u atmosferi, čineći svijet toplijim u fenomenu poznatom kao efekt staklenika. Određena količina stakleničkih plinova nužna je kako bi se kontrolirala Zemljina klima i kako bi planet bio dovoljno topli za život, ali previše zagrijavanja također može ugroziti život.
Događaju se prirodni procesi koji emitiraju i uklanjaju ugljični dioksid iz atmosfere u složenoj tekućoj razmjeni poznatoj kao ugljični ciklus. Procesi odgovorni za emisije ugljičnog dioksida nazivaju se izvori, a oni koji uklanjaju ugljični dioksid nazivaju se ponori. Prirodni izvori CO2 uključuju disanje biljaka i životinja, kao što su ljudski izdisaji i vulkanske erupcije. Prirodni ponori uključuju fotosintezu biljaka, tijekom koje biljke uklanjaju ugljični dioksid iz zraka kako bi proizvele šećere i pohranile u biljnu biomasu. Oceani su i ponor i izvor, pri čemu tropske vode obično ispuštaju ugljični dioksid, a hladnije oceanske vode apsorbiraju ugljični dioksid.
U zdravom ciklusu ugljika, emisije ugljičnog dioksida se poništavaju uklanjanjem ugljičnog dioksida tako da nema neto promjene u koncentraciji ugljičnog dioksida u atmosferi. Ljudske aktivnosti kao što su proizvodnja metala, proizvodnja minerala i spaljivanje fosilnih goriva povećale su emisije ugljičnog dioksida. U međuvremenu, onečišćenje oceana i krčenje šuma, sječa drveća i drugih biljaka za drvnu građu, poljoprivredu i urbani razvoj ometaju prirodne procese uklanjanja ugljičnog dioksida. U vremenu između industrijske revolucije 1700-ih i 2005., koncentracija ugljičnog dioksida u atmosferi porasla je za 35%, što ukazuje da su izvori u ciklusu ugljika nadmašili ponore.
Kada se fosilna goriva, kao što su ugljen, plin ili nafta, izgaraju za stvaranje energije, oslobađaju ugljik u obliku CO2. Ta se fosilna goriva obično spaljuju za proizvodnju stambene i industrijske električne energije, stvaranje topline i pomicanje vozila kao što su avioni, vlakovi, automobili i čamci. Procesi proizvodnje minerala vapna, cementa i sode pepela uključuju kemijske reakcije koje transformiraju kemikalije unutar sirovina kako bi se stvorile emisije ugljičnog dioksida. Emisije CO2 javljaju se na sličan način u proizvodnji metala kao što su željezo, cink i olovo. Razgradnja naftnih derivata i proizvodnja kemikalija poput amonijaka također pridonose emisiji ugljičnog dioksida.