碳稅作為環境稅的一種，其征收的理論基礎與環境稅是一致的。從理論的形成和發展來看，主要有以下理論基礎：

       環境的負外部性，也稱外部負效應或外部不經濟，不僅包括生產中，而且包括在消費中。從生產來看，整個生態環境是自由財富，在對環境的污染和破壞不征稅的情況下，企業不負擔污染和破壞環境的社會成本，這樣會導致企業在追求利益最大化的過程中，對生態環境造成污破壞。解決生產的外部不經濟問題就是要求企業為污染和破壞環境付出代價。而從消費來看，一種消費品如果在消費過程中對環境產生了消極作用，而產品價格中只包括了通過市場機制形成的成本，消費者沒有未使用過程中的這種副作用付出相應的代價，就形成了消費中的負外部性，消費的外部性會導致無效率的結果。

       英國經濟學家庇古（Pigou）接受了外部性理論，他認為要使環境外部成本內在化，需要政府采取稅收或者補貼的形式來對市場進行干預。庇古詳盡地分析了邊際私人凈產值與邊際社會凈產值背離的原因，建議對邊際私人純產值大于邊際社會純產值的部門征稅，對邊際私人純產值小于邊際社會純產值的部門實行補貼。通過這種征稅和補貼，就可以導致經濟資源從邊際私人純產值小的地方轉移到邊際私人純產值大的地方，以減少邊際私人純產值與邊際社會純產值之間的差距，其結果將使經濟福利增加。

       政府根據污染所造成的危害對排污者收稅，以稅收形式彌補私人成本和社會成本之間的差距，將污染的成本加到產品的價格中去，這種稅又被稱之為“庇古稅”（Pigovian Taxes）。從經濟學的意義分析，“庇古稅”所偏重的是效率原則，從中性立場出友，引導資源配置優化，以實現帕累托最優（Paretocriterion）。相比較而言，“庇古稅”較之其他控制手段，如排污標準、罰款，在同樣的排污控制量的情況下，成本相對要低。

        “污染者付費原則”的提出是為了解決污染者的環境責任問題，即環境外部成本該由誰來負擔。污染者付費，就是由污染者承擔因其污染所引起的損失，即污染費用。這種觀念形成于20 世紀60 年代末期。其出發點是，商品或勞務的價格應充分體現生產成本和耗用的資源，包括環境資源。因此，污染所引起的外部成本，有必要使其內在化，而由污染者承擔。一般污染費用有兩種衡量標準：一是防治費用，即控制、清除和預防污染的防治費用；二是補償費用，即補償因污染所引起的全部損失的費用。

       環境是一種有非競爭性（一個消費者的消費不影響其他消費者的消費）和非排他性（不能把其他受益者排除在外）的公共產品。由于公共產品具有非競爭性和非排他性的特征，只要在技術上不能將非付費者排除在受益人之外或者將其排除在外的成本明顯過高，搭便車現象就普遍存在，即不承擔成本仍可以享受利益。結果是公共產品難以出售，公共產品的市場提供機制不完全，由市場提供的公共產品明顯不足，需要通過非市場力量－即由政府負責提供，政府提供公共產品的資金來自征稅，用稅收收入來生產或購買公共產品（包括供適宜生存和生活的環境）。

       目前我國環境惡化的速度不斷加快，環境治理成本越來越高，環境惡化到一定程度具有不可逆性，即無法恢復或恢復成本過高，所以我們不能走先污染后治理的道路。政府提供適宜生存和生活環境的公共服務的資金來自政府收入，碳稅的稅收收入在降低能源耗費數量的同時又可以為政府提供環境這一公共產品提供資金。