En fait, si les gaz à effet de serre ont une influence très réduite sur les échanges entre sol et atmosphère, ils sont par contre les seuls responsables du refroidissement de la haute atmosphère.

Tout corps chauffé émet un rayonnement, visible dans le cas d'un solide à partir de températures de l'ordre de 600°C , par exemple le charbon de bois incandescent du barbecue appelé ("braises") ou un métal chauffé au rouge. Plus la température est élevée, plus la couleur de l'émission se déplace vers le bleu (arc électrique d'un soudeur à l'arc par exemple au delà de 10 000°C), en passant pour le soleil vers 6000°C au blanc (qui n'est que la somme des rayonnements allant du rouge au bleu).

Au-dessous de 5 à 600°C, nos yeux ne captent plus le rayonnement émis, dénommé "infra-rouge", mais nous pouvons ressentir néanmoins son influence sur notre peau  s'il est émis à  des températures de l'ordre de 100°C et au-delà. Et même nous pouvons ressentir son "absence" face à des objets à  moins de -20°C ( en réalité, nous recevons bien un peu de "chaleur" émise par ce corps froid, mais notre peau plus chaude étant plus chaude en émet davantage, d'où la sensation de froid).

Pour définir ces rayonnements, on peut utiliser la longueur d'onde (0,4 microns pour le violet, 0,8 microns pour le rouge, autour de 10 microns pour les émissions à la température  ambiante), ou bien d'autres unités comme le nombre d'ondes par centimètre (10 microns = 1000 -/cm), ou bien la fréquence.

Les solides et liquides émettent en général dans à peu près toutes les longueurs d'ondes correspondant à leur température. Au contraire, les gaz n'émettent (et ne captent) que certaines longueurs d'ondes, par exemple autour de 15 microns pour le CO2, 9 à 10 microns pour l'ozone (O3), et pratiquement rien pour l'oxygène et l'azote, constituants principaux de l'atmosphère. La vapeur d'eau, principal gaz à effet de serre a une action sur presque tout le spectre,à l'exception de la zone autour de 10 microns.

La puissance émise à chacune de ces longueurs d'onde nous renseigne sur la température régnant dans la zone d'émission.

Ainsi, sur le graphique en tête de page, enregistré depuis un satellite au-dessus du Sahara nous pouvons voir que dans la zone où le CO2 est actif, la température d'émission est de 215K environ (-58°C), c'est à dire que nous ne captons que le rayonnement émis par le CO2 dans la stratosphère. Celui émis au niveau du sol a été complètement absorbé. Par contre, de 10 à 13 microns, la température d'émission est de 320K (+47°C) preuve que le rayonnement a été émis au niveau du sol sans aucune absorption par les gaz à effet de serre (on appelle cette zone ainsi que celle voisine entre 8 et 9 microns la "fenêtre atmosphérique", domaine dans lequel les gaz à effet de serre sont inactifs).

Si nous revenons au CO2, nous voyons la puissance émise vers l'espace n'est que de 25% (50 vs 200 mW...) de ce qu'elle serait en son absence ... le CO2 empêche donc la terre de se refroidir. De même la température d'émission de la vapeur d'eau H2O est entre 260 et 270K (-13 à -3°C) correspondant à des altitudes de 6 à 8000 m seulement, sa concentration au-delà étant trop faible du fait de la condensation pour avoir un effet significatif.

On remarquera la bonne concordance entre les valeurs mesurées (en noir) et celle calculées (en rouge), la difficulté est de deviner quelles étaient les concentrations en H2O à chaque altitude lors de la mesure, le CO2 pour sa part a une concentration à peu près constante. (Autre remarque: le graphique date de la lointaine époque où la concentration de CO2 était de 325 ppm contre 100 ppm de plus en 2025).