この状態では、気候システム内において気温の上昇を止めるものは「気温の上昇による射出の増加」のみであり、いわゆる熱的な暴走状態であり、放射が平衡に達したときに始めて気温の上昇が止まり、気候が安定する。この状態では気温が非常に高く、水がすべて蒸発してしまって海洋が存在できないような状態であれば、暴走温室状態と言う。
一般に、暴走温室効果の「引き金」は太陽放射であり、その効果を増幅させる温室効果ガスとして想定されているのは水蒸気である。暴走温室効果の研究は太陽定数の変化がどのように気温変化に対して影響を与えるかをモデル計算により求めるというものである。太陽定数が増加すれば水蒸気濃度も増加する。増加した水蒸気濃度は大気の光学的厚さを著しく増加させ、やがては大気上層における外向きの長波放射に限界が訪れるだろうといわれている。しかし、水蒸気濃度の増加に伴い当然、雲の形成も活発に行われると予想され、正味の太陽放射に大きな影響を与えると考えられる。
各惑星における暴走温室効果.
金星.
金星では、金星が形成された初期のころ、暴走温室効果によって気温の著しい上昇を起こした時期があったとの説がある。しかし、現在の金星は太陽放射と外向きの長波放射が釣り合っているため、現時点では暴走温室効果は起きておらず、暴走温室状態でもない。これは分厚い硫酸の雲に覆われていることで、地表に到達する正味の太陽放射の量が非常に少ないということと、光学的厚さが二酸化炭素だけでは不十分なことなどが挙げられる。
水蒸気は温室効果ガスとして地表を温めているだけではなく、水の相変化に伴う潜熱輸送による冷却過程が地表の温度を下げる役割も果たしている。しかし、金星ではこの冷却過程が機能しておらず、熱の循環が阻害された状態にある。また、金星大気を一様に覆っている硫酸による雲も内部の熱循環を妨げる要因になっている。
地球.
地球が誕生した当初は、地球の表面はマグマオーシャンと呼ばれるマグマの海で覆われ、水も水蒸気として存在していた。この原因は、地球の誕生当初からの熱、微惑星の衝突による熱なども考えられているが、水蒸気などに起因する暴走温室効果が働いていたと言う説もある。