Visvairāk bagātīgs siltumnīcefekta gāzes, tas ir ūdens pašreizējā atmosfērā gāzveida formā. Ūdens tvaiku ir svarīga daļa no dabisko siltumnīcas efektu. Kamēr cilvēkiem ir ievērojami nepalielinās tās koncentrācija pa tiešo emisiju, tas veicina pastiprinātu siltumnīcas efektu, jo siltumnīcefekta gāzes sasilšanas ietekme noved pie ūdens tvaiku pozitīvas atsauksmes. Papildus tās loma kā dabisko siltumnīcefekta gāze, ūdens tvaiks ietekmē arī planētas temperatūra jo mākoņu formu, kad atmosfērā liekā ūdens tvaiks kondensējas veido ledus un ūdens pilienu un nokrišņu.