En l'absence de politique environnementale, les agents économiques – producteurs et consommateurs – ne tiennent pas compte des émissions de GES que leur activité engendre, ce qui justifie une intervention du régulateur public. L'analyse économique propose deux outils économiques de régulation : la taxe, mise en évidence dès 1920 (« taxe pigouvienne »), ou, depuis les années 1960, les systèmes de quotas. Ces deux instruments, s'inscrivent dans une logique d'incitations économiques par le recours à un « signal-prix » pour orienter les comportements des agents.
En théorie, le taux d’une taxe carbone doit être fixé au niveau où le coût marginal de réduction d'une quantité donnée d’émissions de CO2 est égal au coût marginal de leurs effets négatifs. En pratique, la fixation du taux de la taxe carbone relève d’un choix politique. S’il est trop faible, le « signal-prix » ne sera pas incitatif pour limiter la production ou la consommation de l’énergie fossile à laquelle s’applique cette taxe. Dans le cas d’un système de quotas, le « signal-prix » dépendra du niveau de l’objectif de réduction d’émissions – plus l'objectif est ambitieux, plus le signal-prix sera élevé – et du potentiel de réduction d’émissions. Le régulateur public fixe un plafond maximal d’émissions de CO2 à respecter et attribue aux entités assujetties des quotas d'émission. Ces quotas sont échangeables, chaque entité pouvant vendre ses quotas à une autre en fonction de leur coût marginal de réduction d’émissions de CO2. Ainsi, le signal-prix n'est plus fixé par le régulateur public, mais résulte de la confrontation de l'offre et de la demande sur le marché d’échange.
Selon certains économistes, fixer un prix unique et mondial du carbone, indépendamment de la source ou le pays dans lequel une tonne de carbone est émise, serait l'ingrédient de base d’une action mondiale efficace. Les dommages causés par une tonne de CO2 étant les mêmes quelle que soit la localisation de son émission, un prix unique du carbone donnerait le signal économique nécessaire pour répartir les efforts de réduction à l’échelle internationale. L'hypothèse économique sous-jacente est que plus large est le champ d'application du « signal-prix » carbone, plus l’opportunité de réduction des émissions à moindre coût est grande. Cependant, pour d’autres économistes, la valeur de carbone a aucune raison d'être égale dans le monde, étant donné les différences de situations économiques et sociales entre les pays (population, PIB, mix énergétique). Le débat entre économistes sur cette question est vif à l’approche de la COP21.
