ثاني أكسيد الكربون موجود في الغلاف الجوي بنسبة صغيرة جدًا مقارنة بالنيتروجين والأكسجين، لكنه يؤدي دورًا بالغ الأهمية في حياة النباتات. فالنباتات تستخدمه مع الماء وبوجود ضوء الشمس لإنتاج المواد الغذائية التي تحتاج إليها للنمو، بينما تُطلق الأكسجين بوصفه ناتجًا لهذه العملية، مما يربط بين حياة النباتات والحيوانات والإنسان في دورة بيئية متكاملة.

ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي غاز طبيعي يتكون من ذرة كربون وذرتي أكسجين، وله دور أساسي في دورة الكربون وفي احتباس الحرارة ضمن الغلاف الجوي. تنتجه الكائنات بالتنفس والاحتراق والبراكين ويتناقص بالتمثيل الضوئي وامتصاص المحيطات، لكن النشاط البشري زاد تركيزه عبر حرق الوقود الأحفوري وإزالة الغابات. ويمثل هذا الغاز محوراً في فهم تغير المناخ، لأنه يربط الطاقة والصناعة والزراعة بدرجة حرارة الأرض.

يتكوّن الغلاف الجوي لكوكب «فينوس» من ثاني أكسيد الكربون أساساً، مع وجود سحب كثيفة من حمض الكبريتيك، وهو تركيب يجعل بيئته من أشد البيئات القاسية في المجموعة الشمسية. ويؤدي هذا المزيج إلى حبس الحرارة بدرجة كبيرة ورفع الحرارة السطحية إلى مستويات عالية جداً، كما يحجب السحب الكثيفة الرؤية المباشرة لسطحه ويمنحه مظهره الساطع المعروف.

مكافئ ثاني أكسيد الكربون هو مقياس لوزن ثاني أكسيد الكربون المكافئ المنبعث إلى الغلاف الجوي ليتسبب في نفس التأثير الإشعاعي لوزن معين من غاز دفيئة آخر؛ يُحسب بضرب وزن الغاز في إمكانيته للاحتباس الحراري على مدى زمن مرجعي (عادة ١٠٠ سنة أو أحياناً ٢٠ سنة) مع افتراضات حول مدة بقاء الملوث في الجو وقدرة الأحواض الطبيعية على امتصاص الكربون.

الغلاف الجوي للمريخ غلاف رقيق يغلب عليه ثاني أكسيد الكربون، ويختلف كثيراً عن الغلاف الأرضي من حيث الضغط والكثافة والقدرة على حفظ الحرارة. يحتوي على كميات قليلة من النيتروجين والأرغون وبخار الماء والميثان وآثار من غازات أخرى، كما يحمل غباراً يمنح سماء المريخ لوناً مائلاً إلى البرتقالي أو الأحمر. يهتم العلماء بدراسته لأنه يكشف تاريخ فقدان الماء والمجال المغناطيسي وتحول المريخ من كوكب كان أكثر رطوبة إلى عالم بارد وجاف، كما يرتبط البحث فيه بإمكانات الحياة القديمة أو النشاط الجيولوجي.