Die Fähigkeit von CO2, Infrarotstrahlung aufzuhalten und zurückzuhalten, beruht auf seiner Molekülstruktur. CO2 ist ein lineares Molekül, das aus einem Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatomen besteht. Die beiden Sauerstoffatome sind durch eine Doppelbindung mit dem Kohlenstoffatom verbunden, so dass das Molekül eine symmetrische Form hat.
Diese symmetrische Form erlaubt es CO2, bestimmte Frequenzen von Infrarotstrahlung zu absorbieren und zurückzuhalten. Insbesondere kann CO2 Infrarotstrahlung absorbieren, die von der Erdoberfläche ausgestrahlt wird und eine Wellenlänge von etwa 13 bis 17 Mikrometern hat. Dies entspricht einer Bande von Infrarotstrahlung, die als "atmosphärisches Fenster" bezeichnet wird, da sie von anderen Gasen in der Atmosphäre nicht absorbiert wird.
Durch die Absorption von Infrarotstrahlung erhöht CO2 die Energie seiner Moleküle und gibt die Energie durch Kollisionen mit anderen Gasmolekülen wieder ab. Ein Teil dieser Energie wird als Infrarotstrahlung in alle Richtungen, einschließlich zurück zur Erdoberfläche, emittiert, wodurch ein Teil der von der Erdoberfläche ausgestrahlten Infrarotstrahlung zurückgehalten wird.