ไอน้ำ (Water vapor) นับเป็นแก๊สเรือนกระจกที่เกิดจากธรรมชาติที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์เรือนกระจกมากที่สุด คือระหว่างร้อยละ 36-66 [22] การสะสมตัวของไอน้ำมากน้อยต่างกันไปตามภูมิภาค กิจกรรมของมนุษย์ไม่มีผลโดยตรงต่อไอน้ำยกเว้นพื้นที่ระดับจุลภาค (เช่น บริเวณใกล้พื้นที่เกษตรที่มีระบบชลประทาน)

ความสัมพันธ์คลอเซียส-คลาเพรอน (Clausius-Clapeyron relation) กำหนดไว้ว่า อากาศอุ่นเก็บกักไอน้ำเป็นหน่วยบริมาตรได้มากกว่า แบบจำลองภูมิอากาศ (climate model) ที่ทันสมัยที่สุดทำนายว่าการสะสมของไอน้ำในอากาศร้อนจะขยายขนาดของปรากฏการณ์เรือนกระจกที่เป็นผลจากแก๊สเรือนกระจกที่เกิดจากกิจกรรมของมนุษย์โดยยังคงรักษาความชื้นสัมพัทธ์ไว้ได้คงที่ ดังนั้นไอน้ำจึงทำหน้าที่ป้อนกลับทางบวกต่อแรงที่เกิดจากแก๊สเรือนกระจกเช่น CO2.[23]