Im Vergleich zu den land- und wassergebundenen Verkehrsträgern verbrennt der Flugverkehr einen Großteil des Treibstoffs unter verschiedenen und wechselnden atmosphärischen Bedingungen. Den Verbrennungsprozess beeinflussen Faktoren wie atmosphärischer Druck, Umgebungstemperatur und Luftfeuchte, die aufgrund der Höhe erheblichen Variationen unterliegen. Zu den klimawirksamen Schadstoffemissionen des Luftverkehrs mit erheblichen Auswirkungen auf die Umwelt gehören: Schwefeldioxid (SO2), Stickstoffoxide (NOx, d.h. NO und NO2), flüchtige organische Verbindungen ohne Methan (NMVOC), Methan (CH4), Kohlendioxid (CO2) und Lachgas (N2O) [UMTr05]. Grundsätzlich ist der Vergleich von Daten im Luftverkehr nur begrenzt möglich, da unterschiedliche Bilanzgrenzen (national/international) verwendet werden [SRU17a S.72].

Seit der Verabschiedung des Sonderberichts Aviation and the Global Atmosphere des Intergovernmental Panel on Climate Change im April 1999 ist es wissenschaftlich auf höchster Ebene anerkannt, dass neben den durch die Verbrennung des Flugkraftstoffes Kerosin entstehenden CO2-Emissionen auch die Stickoxidemissionen, Kondensstreifen und die sich daraus bildende Zirrusbewölkung zur Klimaerwärmung beitragen [GeWa03; IPCC99a]. Aktuelle wissenschaftliche Kenntnisse weisen darauf hin, dass die anthropogene Zirruswolkenschicht die Wärmestrahlung von der Erde abschirmt und damit zur Erderwärmung beiträgt [DLR19e]. Zudem reagiert die Atmosphäre in der am meisten genutzten Flughöhe (Übergang von der Troposphäre in die Stratosphäre) unter anderem wegen niedriger Temperaturen und langsamerer Mischungsprozesse empfindlicher auf Emissionen als in Bodennähe.
Es wird geschätzt, dass die Klimawirksamkeit des Luftverkehrs das Zwei- bis Vierfache des reinen Kohlendioxideffektes beträgt [IPCC07a]. Eine exakte Quantifizierung ist aufgrund des noch unzureichenden Wissensstandes über die physikalischen Zusammenhänge sowie aufgrund der Abhängigkeit vom Ort der Emission nicht abschließend möglich. Eine dauerhafte Beschränkung auf die CO2-Emissionen wäre daher unzureichend und gegebenenfalls sogar kontraproduktiv, da Maßnahmen zur Verringerung des Treibstoffverbrauchs mit der Verstärkung anderer klimawirksamer Effekte des Luftverkehrs einher gehen können.

Es wurde ein direkter Zusammenhang von Kersoinabsatz und Verkehrsleistung von Flugzeugen vermutet, doch diese Annahme wurde nicht bestätigt. Seit 2009 wird ein deutlicher Rückgang des Kersoinabsatzes verzeichnet, während die Verkehrsleistung zunimmt. Die meisten Starts sind dabei nicht gewerblich und im Jahr 2014 waren nur 7 Prozent der Flüge in nationalen Raum [TREMOD16 S.60].
Der spezifische Energieverbrauch ist zwischen 1990 und 2014 um 40 Prozent bei Kurzstrecken- und um 20 Prozent bei Langstreckenverkehr gesunken [SRU17a S.60]. Doch der absolute Energieverbrauch ist zwischen 1990 und 2014 um 112 Prozent gestiegen. Im Jahr 2010 war der Anteil des Luftverkehrs an der Verkehrsleistung in Deutschland von nur 5,5 Prozent, doch der Anteil am Energieverbrauch lag bei 13,4 Prozent [SRU17a S.72]. Bis zum Jahr 2030 soll der spezifische Kraftstoffverbrauch des Flugverkehrs um 23 Prozent zurückgehen [TREMOD16 S.82].

Zwischen 1990 und 2018 haben die flugbedingten Treibhausgasemissionen in der EU um über 100 Prozent zugenommen (vgl. Abbildung 1). Es ist ein deutlicher Anstieg der Emissionen zu erkennen.

Stickoxide (NOx) entstehen in der Brennkammer der Flugzeugtriebwerke. In großen Höhen tragen NOx zum Ozonabbau bei. In niedrigen Höhen führen sie zur Ozonvermehrung, was einen wärmenden Effekt hat. Dieses Ozon wirkt wie ein Treibhausgas. Generell überwiegt allerdings der ozon- und methanabbauende Effekt. Im Jahr 2014 wurden ca 254.000 Tonnen NOx von Flugzeugen emittiert. Der Anteil der indirekten Emissionen beträgt ca. 10 Prozent [UBA18h S.43].

Feinstaub (PM) aus Flugzeugtriebwerken hat nur einen sehr geringen direkten Effekt auf die Erwärmung der Atmosphäre. Allerdings wird vermutet, dass die Rußteilchen die Anzahl der Kondensationskeime für Wolken beeinflussen. Die zusätzlichen Wolken wirken klimaerwärmend. 2014 wurden in Deutschland insgesamt 2.000 Tonnen Feinstaub durch Luftverkehr emittiert [UBA18h S.43].

Die steigenden Emissionen des Flugverkehrs werden vor allem durch die steigenden Personenkilometer bedingt. Insgesamt wird bis 2030 ein Anstieg von ca. 60 Prozent erwartet [UBA18h S.44]. Unklar ist, ob technologischer Fortschritt und Effizienzsteigerungen beim Kraftstoffverbrauch die steigende Nachfrage kompensieren können.