A negyedik leggyakoribb gáz a Föld légkörében – a nitrogén, az oxigén és az argon – után, a maga 419.28 ppm (folyamatosan növekvő) értékével. A szén-dioxid a fotoszintézis elengedhetetlen összetevője, ugyanakkor a legjelentősebb üvegházhatású gáz is.
A tudósok úgy gondolják, hogy a Föld 4,6 milliárd éves geológiai történelméből több mint 4 milliárd éve van jelen légkörben. Kezdetben szignifikánsan nagyobb volt a koncentrációja (akár 80% is lehetett), mint napjainkban. Ahogyan a korai élőlények kifejlesztették a fotoszintézist, a szén-dioxid nagy részét kivonták a légkörből, így koncentrációja fokozatosan csökkent. A légkörből kivont szén-dioxidot az élőlények elpusztulása után a földkéreg más vegyületek, karbonátos ásványok, olajpala, szén, valamint kőolaj formájában zárta el.
A ppm (parts per million) magyarul annyit tesz, hogy ’rész a millióban’. Tehát ha a szén-dioxid-koncentráció 419 ppm, ez azt jelenti, hogy 1 millió levegőmolekula között 419 szén-dioxid-molekula található, vagyis a szén-dioxid a légkör térfogatának körülbelül 0,042%-át teszi ki.
A második ipari forradalom elején (az 1850-es években) a légköri szén-dioxid koncentrációja 280 ppm-re volt tehető. Azóta azonban az antropogén (emberi eredetű) tevékenységek közel 49%-kal növelték a koncentráció mértékét. Ez a változás pedig nagyban hozzájárult a Föld globális hőmérsékletének növekedéséhez. Napjainkban a világjárvány ellenére is tovább emelkedik a globális szén-dioxid-szint. Az elmúlt 200–300 év során végbement koncentrációnövekedés több annál, mint ami a természetben 20 000 év alatt – az utolsó jégkorszaki maximumtól (185 ppm) 1850-ig – bekövetkezett.
A szén-dioxid az elsődleges üvegházhatású gáz (ÜHG), amely a globális ÜHG-kibocsátás mintegy háromnegyedét teszi ki. Légköri élettartamát a levegőben nehéz meghatározni, mivel számos folyamat létezik, amely a szén-dioxidot kivonja a légkörből. A levegőbe kerülő szén-dioxid körülbelül 65–80%-át az óceánok 20–200 év alatt elnyelik. A maradékot lassabb, akár több százezer évig is eltartó folyamatok távolítják el a légkörből.
A szén-dioxid egyrészt természetes folyamatok (pl. légzés, vulkánkitörések), másrészt emberi eredetű (antropogén) folyamatok során kerül a levegőbe. Ilyen antropogén folyamat például a fosszilis tüzelőanyagok (a kőolaj, a földgáz és a szén) elégetése villamosenergia-termelés vagy közlekedés céljából. A kémiai reakciók, amelyek az áruk nyersanyagból történő előállításához szükségesek – például a cementgyártás – szintén szén-dioxid-kibocsátással járnak együtt. Ugyanakkor a hőtermelés céljából elégetett fosszilis tüzelőanyagokból, valamint egyes hulladékkezelési folyamatokból is származik szén-dioxid-kibocsátás. Az 5 legnagyobb mennyiségű szén-dioxidot kibocsátó ország (2016) Kína, USA, India, Oroszország és Japán. Az európai országok közül jelenleg Németországnak a legjelentősebb a szén-dioxid-kibocsátása.
A szén-dioxidnak számos felhasználási területe létezik. Többek között használják a mezőgazdaságban (pl. melegházi trágyázáshoz), az élelmiszer- és italgyártásban, a kémiai szintéziseknél, hűtési folyamatok során (pl. szárazjéghez), tüzek oltására, az egészségügyben, sőt még ködöt is lehet vele készíteni speciális effektekhez.
