碳税作为环境税的一种，其征收的理论基础与环境税是一致的。从理论的形成和发展来看，主要有以下理论基础：

       环境的负外部性，也称外部负效应或外部不经济，不仅包括生产中，而且包括在消费中。从生产来看，整个生态环境是自由财富，在对环境的污染和破坏不征税的情况下，企业不负担污染和破坏环境的社会成本，这样会导致企业在追求利益最大化的过程中，对生态环境造成污破坏。解决生产的外部不经济问题就是要求企业为污染和破坏环境付出代价。而从消费来看，一种消费品如果在消费过程中对环境产生了消极作用，而产品价格中只包括了通过市场机制形成的成本，消费者没有未使用过程中的这种副作用付出相应的代价，就形成了消费中的负外部性，消费的外部性会导致无效率的结果。

       英国经济学家庇古（Pigou）接受了外部性理论，他认为要使环境外部成本内在化，需要政府采取税收或者补贴的形式来对市场进行干预。庇古详尽地分析了边际私人净产值与边际社会净产值背离的原因，建议对边际私人纯产值大于边际社会纯产值的部门征税，对边际私人纯产值小于边际社会纯产值的部门实行补贴。通过这种征税和补贴，就可以导致经济资源从边际私人纯产值小的地方转移到边际私人纯产值大的地方，以减少边际私人纯产值与边际社会纯产值之间的差距，其结果将使经济福利增加。

       政府根据污染所造成的危害对排污者收税，以税收形式弥补私人成本和社会成本之间的差距，将污染的成本加到产品的价格中去，这种税又被称之为“庇古税”（Pigovian Taxes）。从经济学的意义分析，“庇古税”所偏重的是效率原则，从中性立场出友，引导资源配置优化，以实现帕累托最优（Paretocriterion）。相比较而言，“庇古税”较之其他控制手段，如排污标准、罚款，在同样的排污控制量的情况下，成本相对要低。

        “污染者付费原则”的提出是为了解决污染者的环境责任问题，即环境外部成本该由谁来负担。污染者付费，就是由污染者承担因其污染所引起的损失，即污染费用。这种观念形成于20 世纪60 年代末期。其出发点是，商品或劳务的价格应充分体现生产成本和耗用的资源，包括环境资源。因此，污染所引起的外部成本，有必要使其内在化，而由污染者承担。一般污染费用有两种衡量标准：一是防治费用，即控制、清除和预防污染的防治费用；二是补偿费用，即补偿因污染所引起的全部损失的费用。

       环境是一种有非竞争性（一个消费者的消费不影响其他消费者的消费）和非排他性（不能把其他受益者排除在外）的公共产品。由于公共产品具有非竞争性和非排他性的特征，只要在技术上不能将非付费者排除在受益人之外或者将其排除在外的成本明显过高，搭便车现象就普遍存在，即不承担成本仍可以享受利益。结果是公共产品难以出售，公共产品的市场提供机制不完全，由市场提供的公共产品明显不足，需要通过非市场力量－即由政府负责提供，政府提供公共产品的资金来自征税，用税收收入来生产或购买公共产品（包括供适宜生存和生活的环境）。

       目前我国环境恶化的速度不断加快，环境治理成本越来越高，环境恶化到一定程度具有不可逆性，即无法恢复或恢复成本过高，所以我们不能走先污染后治理的道路。政府提供适宜生存和生活环境的公共服务的资金来自政府收入，碳税的税收收入在降低能源耗费数量的同时又可以为政府提供环境这一公共产品提供资金。