기후란 기상과는 대비되는 말이다. 다시 말해 매일 시시각각 변하는 날씨와 대비되는 일정 지역에 장기간에 걸쳐 나타나는 대기현상을 시간적 평균 상태로 정의하는 것이다. 따라서 기후 변화란 이러한 시간적 평균 상태의 대기현상이 변화하는 것을 말한다. 이때 변화 요인으로는 자연적인 요인과 인위적인 요인이 있다. 자연적인 요인은 화산 폭발에서 화산재와 화산가스, 태양의 공전궤도의 변화에 의한 변화가 있다. 인위적인 요인으로는 산업화로 인한 이산화탄소 농도 증가와 온도 상승이 있다. 특히 산업혁명이 시작되고 지구의 평균 온도는 섭씨 0.8도 상승하였다. 대한민국 같은 경우는 약 100년간 1.8도의 온도 상승이 있었다. 이러한 자연적인 요인과 인위적인 요인으로 지구의 온도가 올라가는 현상을 지구온난화라고 할 수 있다. 지구는 들어오는 태양에너지와 방출되는 복사에너지로 온도가 조절된다. 지구의 태양에너지가 들어오면 지구의 온도가 올라간다. 이때 지구는 온도를 조절하기 위해서 복사에너지를 방출하면서 온도를 내린다. 이때 방출되는 태양에너지의 일부가 온실가스에 머물렀다가 다시 지구로 방출된다. 쉽게 예를 들어 비닐하우스를 생각해보면 된다. 비닐하우스는 태양빛은 그대로 들어오게 하면서 방출되는 에너지를 붙잡아 실내온도를 일정하게 유지시킨다. 이때 비닐하우스의 비닐 두께가 더 두꺼워지면 어떻게 될까? 들어오는 태양열은 그대로인데 나가는 열은 더 적게 되어 실내의 온도는 더 올라가게 될 것이다. 이를 지구에 적용시키면 비닐의 역할을 하는 것이 온실가스가 된다. 그리고 이러한 현상을 우리는 온실효과라고 부른다. 온실가스에는 이산화탄소, 메탄, 수소불화탄소, 과불화탄소, 육불화황, 아산화질소가 있다. 총 여섯 가지가 있다. 그중 이산화탄소는 공장 굴뚝에서 나오는 매연, 자동차의 배기가스, 발전소 등에서 많이 발생된다. 메탄은 소나 돼지, 농가 같은 습지에서 발생되기도 한다. 유럽에서는 이러한 메탄가스를 발생시키는 소 방귀 때문에 소 방귀세 라는 세금을 부과하기도 한다. 이러한 발생은 사실 부분적인 것이고, 메탄가스의 대부분은 쓰레기가 땅속에 묻힐 때 발생된다. 수소불화탄소, 과불화탄소, 육불화황은 프레온가스(CFCs)의 대체 물질이다. 냉장고나 에어컨에 들어있는 냉매제, 반도체의 세정 과정에서 프레온가스가 많이 만들어진다. 아산화질소(N2O)는 화학비료, 공장에서 화석 물질은 태울 때 아산화질소가 만들어진다. 온실가스 중 88%의 비중을 차지하고 있는 이산화탄소의 농도 측정은 1958년 미국에 있는 하와이 마우나로아라는 곳에서 처음 농도를 측정하였다. 처음에 비해 약 30% 정도의 이산화탄소 농도가 증가하였다. 대한민국은 충남 태안군 안면도의 기후 변화 감시소에서 측정하고 있다. 2018년도에 447PPM 으로 지구의 평균치를 넘어서고 있다. 현재 서울은 온실가스 배출 10위권에서 5위를 차지하고 있다. 온실가스는 짧게는 50년 길게는 200년 동안 우리 대기 중에 떠다녀서 지구의 온도를 점점 상승시킨다.
이러한 온실가스로 인한 지구온난화를 막기 위해서는 에너지 전환이 시급하다. 특히 화석연료의 사용은 많은 환경오염물질을 만들고 있다. 따라서 신재생에너지의 도입이 필요하다. 현재 미국, 유럽, 중국을 비롯해 세계 각국에서 신재생에너지 연구가 한참이고 태양광, 풍력, 수력이나 바이오에너지 관련된 회사들이 성장해 나가고 있다. 또한 4차 산업에 연관되는 산업이기에 더 중요하다.