温室气体通量亦指大气层温室气体浓度的改变，或一定区域、特定生态系统的温室气体净释放量。大气中具有温室效应的气体通称温室气体，一般主要指二氧化碳（CO₂）、甲烷（CH₄）、一氧化二氮（N₂O）和卤代烃等。

CO₂是人类排放到大气中最重要的温室气体。冰芯资料显示，大气CO₂浓度在工业革命前长期维持在280ppm（ppm=干空气每百万个分子中该气体的分子数量）上下，代表了大气、海洋和生物圈之间相互作用的平衡。自1750年以来，大气CO₂已增加了40%，2011年全球大气CO₂平均浓度为390ppm。大气CO₂增加主要是由化石燃料燃烧和其他工业活动、毁林及土地利用变化造成的。截至2010年，人为排放的CO₂约有40%存留在大气中，其余部分大致等量地被海洋和陆地生态系统吸收固持。

大气中的CH₄主要来自人类活动（如水稻种植、畜牧业和矿石燃料使用，约占60%）和自然过程（如湿地有机碳的厌氧分解，约占40%）的排放。工业革命前大气中CH₄浓度为700ppb（ppb=干空气每十亿个分子中该气体的分子数量），2011年为1800ppb，增加了150%。20世纪80年代CH₄浓度的年增长量高达13ppb，90年代后期出现了10年左右的相对稳定期，2007年后呈现出可见的增加。

N₂O通过自然和人类活动的途径排入大气，包括海洋、土壤、生物质燃烧、化肥的使用和各种工业过程。其中，人类活动占总排放的40%。工业革命前，大气N₂O浓度为270ppb，2011年全球大气平均N₂O为324ppb，增加了20%。大气N₂O一直维持比较稳定的增长，1981～2011年的平均增长率为每年0.70～0.76ppb。