Οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα (CO2) συμβαίνουν όταν το διοξείδιο του άνθρακα απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα, είτε φυσικά είτε μέσω ανθρώπινων δραστηριοτήτων, όπως η καύση ορυκτών καυσίμων. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι μια χημική ένωση που αποτελείται από ένα άτομο άνθρακα και δύο άτομα οξυγόνου που υπάρχει στη φάση ενός αερίου στην ατμόσφαιρα της Γης. Η ατμόσφαιρα είναι μια σειρά από στρώματα αερίων που περιβάλλουν τη Γη. Αυτά τα αέρια συνδέονται με τον πλανήτη και εμποδίζονται από τη βαρύτητα της Γης να επιπλέουν στο διάστημα. Η ατμόσφαιρα αποτελείται κυρίως από άζωτο και οξυγόνο, αλλά πολλά άλλα αέρια, συμπεριλαμβανομένης μιας μικρής ποσότητας διοξειδίου του άνθρακα, υπάρχουν επίσης στην ατμόσφαιρα.
Ωστόσο, οι ανθρωπογενείς εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα και άλλων αερίων του θερμοκηπίου έχουν διαταράξει αυτήν την ισορροπία. Το αέριο του θερμοκηπίου είναι ένα ατμοσφαιρικό αέριο που αφήνει το ηλιακό φως να περάσει μέσα από την ατμόσφαιρα για να φτάσει στη Γη. Καθώς το φως χτυπά τη Γη, μέρος του αναπηδά πίσω προς το διάστημα ως υπέρυθρη ακτινοβολία ή θερμότητα. Τα αέρια του θερμοκηπίου παγιδεύουν αυτή τη θερμότητα στην ατμόσφαιρα, καθιστώντας έτσι τον κόσμο θερμότερο σε ένα φαινόμενο γνωστό ως φαινόμενο του θερμοκηπίου. Μια ορισμένη ποσότητα αερίων του θερμοκηπίου είναι απαραίτητη για τον έλεγχο του κλίματος της Γης και για να γίνει ο πλανήτης αρκετά ζεστός για ζωή, αλλά η υπερβολική θέρμανση μπορεί επίσης να απειλήσει τη ζωή.
Συμβαίνουν φυσικές διεργασίες που εκπέμπουν και απομακρύνουν διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα σε μια πολύπλοκη συνεχή ανταλλαγή γνωστή ως κύκλος άνθρακα. Οι διεργασίες που είναι υπεύθυνες για τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα ονομάζονται πηγές και αυτές που αφαιρούν το διοξείδιο του άνθρακα ονομάζονται καταβόθρες. Οι φυσικές πηγές CO2 περιλαμβάνουν την αναπνοή των φυτών και των ζώων, όπως οι ανθρώπινες εκπνοές και οι ηφαιστειακές εκρήξεις. Οι φυσικοί καταβόθρες περιλαμβάνουν τη φωτοσύνθεση των φυτών, κατά την οποία τα φυτά αφαιρούν το διοξείδιο του άνθρακα από τον αέρα για να παράγουν σάκχαρα και να αποθηκεύουν στη φυτική βιομάζα. Οι ωκεανοί είναι ταυτόχρονα καταβόθρα και πηγή, με τα τροπικά νερά να απελευθερώνουν συνήθως διοξείδιο του άνθρακα και τα ψυχρότερα νερά των ωκεανών να απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα.
Σε έναν υγιή κύκλο άνθρακα, οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα ακυρώνονται με τις αφαιρέσεις διοξειδίου του άνθρακα, έτσι ώστε να μην υπάρχει καθαρή αλλαγή στη συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα. Οι ανθρώπινες δραστηριότητες όπως η παραγωγή μετάλλων, η παραγωγή ορυκτών και η καύση ορυκτών καυσίμων έχουν αυξημένες εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Εν τω μεταξύ, η ρύπανση των ωκεανών και η αποψίλωση των δασών, η κοπή δέντρων και άλλων φυτών για την ξυλεία, τη γεωργία και την αστική ανάπτυξη, έχουν εμποδίσει τις φυσικές διαδικασίες απομάκρυνσης του διοξειδίου του άνθρακα. Στο διάστημα μεταξύ της Βιομηχανικής Επανάστασης του 1700 και του 2005, η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα αυξήθηκε κατά 35%, υποδεικνύοντας ότι οι πηγές στον κύκλο του άνθρακα έχουν ξεπεράσει τις καταβόθρες.
Όταν τα ορυκτά καύσιμα, όπως ο άνθρακας, το αέριο ή το πετρέλαιο, καίγονται για τη δημιουργία ενέργειας, απελευθερώνουν άνθρακα με τη μορφή CO2. Αυτά τα ορυκτά καύσιμα συνήθως καίγονται για να παράγουν οικιακή και βιομηχανική ηλεκτρική ενέργεια, να δημιουργήσουν θερμότητα και να μετακινήσουν οχήματα όπως αεροπλάνα, τρένα, αυτοκίνητα και βάρκες. Οι διαδικασίες παραγωγής ορυκτών ασβέστη, τσιμέντου και ανθρακικού νατρίου περιλαμβάνουν χημικές αντιδράσεις που μετατρέπουν χημικές ουσίες εντός των πρώτων υλών για να δημιουργήσουν εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Οι εκπομπές CO2 συμβαίνουν με παρόμοια μέσα στην παραγωγή μετάλλων όπως ο σίδηρος, ο ψευδάργυρος και ο μόλυβδος. Η αποδόμηση των προϊόντων με βάση το πετρέλαιο και η παραγωγή χημικών ουσιών όπως η αμμωνία συμβάλλουν επίσης στις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα.