L'effet de serre est un processus naturel qui, pour une absorption donnée d'énergie électromagnétique, provenant du Soleil (dans le cas des corps du Système solaire) ou d'autres étoiles (dans le cas général), contribue à augmenter la température de surface par rapport à une situation « sans effet de serre » (corps noir). On le retrouve sur différents objets célestes dans le Système solaire, notamment sur Terre et sur Vénus.
Son principe est que l'atmosphère laisse passer des rayonnements solaires (de jour seulement), que le sol absorbe et réémet vers le haut (de jour comme de nuit) sous forme d'autres rayonnements qui sont cette fois absorbés par l'atmosphère, ce qui la réchauffe et la fait renvoyer vers le sol une partie de l'énergie qui s'en échappait, contribuant à réduire la perte de chaleur donc à augmenter la température du sol.
Cette expression est une généralisation de l'explication la plus connue du phénomène qui permet aux serres de maintenir les cultures à une température plus élevée ; son usage courant s'est étendu dans le cadre de la popularisation du thème du réchauffement climatique. L'« effet de serre » met l'accent sur l'atmosphère, et spécialement sur son contenu en gaz à effet de serre (GES), dont une augmentation de la concentration participe à ce réchauffement. Cependant, de même que l'efficacité des serres ne s'explique paradoxalement quasiment pas par leur effet de piège à rayonnement, l'effet de serre n'explique pas à lui seul la température terrestre : il faut aussi tenir compte des apports solaires, de l'albedo, des effets des océans (70 % de la surface terrestre) donc du cycle de l'eau, de l'alternance jour-nuit et saisonnière,