Utsläpp av koldioxid (CO2) sker när koldioxid släpps ut i atmosfären, antingen naturligt eller genom mänskliga aktiviteter som förbränning av fossila bränslen. Koldioxid är en kemisk förening som består av en kolatom och två syreatomer som finns i fasen av en gas i jordens atmosfär. Atmosfären är en serie lager av gaser som omger jorden. Dessa gaser är bundna till planeten och förhindras från att flyta ut i rymden av jordens gravitation. Atmosfären består huvudsakligen av kväve och syre, men många andra gaser, inklusive en liten mängd koldioxid, finns också i atmosfären.
Människoskapade utsläpp av koldioxid och andra växthusgaser har dock rubbat denna balans. En växthusgas är en atmosfärisk gas som låter solljus passera genom atmosfären för att nå jorden. När ljuset träffar jorden studsar en del av det tillbaka mot rymden som infraröd strålning, eller värme. Växthusgaser fångar denna värme i atmosfären, vilket gör världen varmare i ett fenomen som kallas växthuseffekten. En viss mängd växthusgaser är nödvändig för att kontrollera jordens klimat och göra planeten varm nog för liv, men för mycket uppvärmning kan också hota livet.
Naturliga processer uppstår som släpper ut och tar bort koldioxid från atmosfären i ett komplext pågående utbyte som kallas kolets kretslopp. De processer som ansvarar för utsläppen av koldioxid kallas källor och de som tar bort koldioxid kallas sänkor. Naturliga källor till CO2 inkluderar andning från växter och djur, såsom mänskliga utandningar och vulkanutbrott. Naturliga sänkor inkluderar växtfotosyntes, under vilken växter tar bort koldioxid från luften för att göra sockerarter och lagra i växtbiomassa. Hav är både en sänka och en källa, med tropiska vatten som vanligtvis släpper ut koldioxid och kallare havsvatten som absorberar koldioxid.
I ett hälsosamt kolkretslopp elimineras utsläppen av koldioxid genom att koldioxid avlägsnas så att det inte sker någon nettoförändring av atmosfärens koldioxidkoncentration. Mänskliga aktiviteter som metallproduktion, mineralproduktion och förbränning av fossila bränslen har ökat utsläppen av koldioxid. Samtidigt har havsföroreningar och avskogning, avverkning av träd och andra växter för timmer, jordbruk och stadsutveckling, hindrat de naturliga processerna för avlägsnande av koldioxid. Under tiden mellan den industriella revolutionen på 1700-talet och 2005 steg koncentrationen av koldioxid i atmosfären med 35 %, vilket tyder på att källorna i kolkretsloppet har överträffat sänkorna.
När fossila bränslen, som kol, gas eller olja, förbränns för att skapa energi frigör de kol i form av CO2. Dessa fossila bränslen förbränns vanligtvis för att generera bostads- och industrielektricitet, skapa värme och flytta fordon som flygplan, tåg, bilar och båtar. Mineralproduktionsprocesser av kalk, cement och soda involverar kemiska reaktioner som omvandlar kemikalier i råvarorna för att skapa utsläpp av koldioxid. CO2-utsläpp sker på liknande sätt vid tillverkning av metaller som järn, zink och bly. Nedbrytningen av petroleumbaserade produkter och produktionen av kemikalier som ammoniak bidrar också till utsläppen av koldioxid.