Az 1860-as évektől léteznek rendszeres meteorológiai feljegyzések. Az azóta eltelt időszak hőmérséklet-változásait tetszetős diagramokon mutatják be. A 19. század közepe azonban egy hideg periódus vége, ami után a felmelegedés tejesen normális. A hőmérsékletek nagyobb időtávlatokra tekintő összehasonlításai egészen mást mutatnak, méghozzá azt, hogy az elmúlt 65 millió évben a Föld átlaghőmérséklete szinte folyamatosan csökkent. Jelenleg a kainozoikum leghidegebb szakaszát éljük.

A glaciális-interglaciális ingadozások érintik bolygónk szárazföldi területeinek nagy részét, elsősorban Grönlandot, az Antarktiszt, Észak-Amerikát és Eurázsiát. A jelenlegi földi éghajlati rendszer még mindig a jégkorokra jellemző glaciális és interglaciális közti állapotban van. Minden éghajlati öv hőmérséklete bőven alatta marad a jégkorszakként emlegetett kainozoikumi eljegesedés interglaciális periódusainak. Ez azt jelenti, hogy ha létezik is a globális felmelegedés, az emberi tevékenységet semmilyen módszerrel nem tudjuk elkülöníteni a természetes folyamatoktól.

Más elméletek szerint a mostani interglaciális időszak nem egy ciklikus természeti folyamat része, hanem az emberi tevékenység által légkörbe juttatott üvegházgázok okozzák. E feltételezés szerint ez az időszak hozzávetőleg 100 000 évig tart majd.Tény, hogy 417 000 év alatt sohasem lépte túl a légkör szén-dioxid-koncentrációja a 300 ppmv értéket, és jelenleg 383 ppmv, a Föld teljes korának azonban ez csak 0,01%-a, így nem vonható le pusztán ebből az adatból jó következtetés.

A geokémiai kutatásokból arra következtetünk, hogy a földtörténet során a melegebb (interglaciális) és hidegebb (glaciális) időszakok váltották egymást, de nem teljesen ciklikusan. Ezek között a Föld átlagos hőmérséklete 6-8 °C-ot változott.

Milutyin Milankovity szerb meteorológus elmélete szerint a ciklikusan visszatérő glaciális időszakok alapvető okai a Föld pályájában 100 ezer év alatt bekövetkező változásai. Ezen teória szerint jelenleg egy hosszúnak (100–150 ezer év) ígérkező interglaciális időszak elején tartunk.

Az 1998-as év az El Nino hatására volt különösen meleg. A globális hőmérséklet rövidtávú fluktuációi könnyen felülírhatják és elfedhetik a hosszabb trendeket, ez azonban konzisztens a 2002 és 2009 között megfigyelt relatíve stabil hőmérséklettel. 2010 újra El Nino év volt, ám a 2011-es La Nina év, mely az oszcilláció hidegebb részén helyezkedik el, ennek ellenére is 1880 óta a 11. legmelegebb év volt. 1880 óta a 13 legmelegebb év közül 11 2001 és 2011 között volt.

A NASA Goddard intézete és a National Climatic Data Center legújabb becslései szerint 2005 és 2010 voltak a legmelegebb évek a 19. század óta bevezetett széleskörű, megbízható mérések kezdete óta, megelőzve pár század fokkal az 1998-as évet.
A Climatic Research Unit becslései szerint 2005 a második legmelegebb év 1998 után, míg 2003 és 2010 holtversenyben áll a harmadik helyen, jóllehet az egyes évek közötti különbség hibahatáron belül található.
A Meterológiai Világszervezet által a globális klíma helyzetéről kiadott 2010-es jelentés szerint a 2010-es +0.53 °C érték épphogy csak megelőzi a 2005-ös (+0.52 °C) és 1998-as (+0.51 °C) adatokat, a különbségek azonban statisztikailag nem számottevőek.

A globális hőmérséklet-növekedés környezeti változásokhoz, a tengerszint emelkedéséhez, a csapadék mennyiségének és térbeli eloszlásának megváltozásához, szélsőséges időjárási viszonyokhoz vezet. Várhatóan változik a mezőgazdaság termelőképessége is. Mindez komolyan hathat a gazdaságra, növelheti vagy csökkentheti egyes országok nemzeti össztermékét. Számíthatunk egyes természetes vizek kiszáradására, a gleccserek (el)olvadására, az árvizek, hurrikánok és tájfunok gyakoribbakká, nagyobbakká, pusztítóbbakká válhatnak – eközben a fagy és általában a hideg okozta károk jelentősen csökkenhetnek.

A globális hőmérséklet-növekedés környezeti változásokhoz, a tengerszint emelkedéséhez, a csapadék mennyiségének és térbeli eloszlásának megváltozásához, szélsőséges időjárási viszonyokhoz vezet. Várhatóan változik a mezőgazdaság termelőképessége is. Mindez komolyan hathat a gazdaságra, növelheti vagy csökkentheti egyes országok nemzeti össztermékét. Számíthatunk egyes természetes vizek kiszáradására, a gleccserek (el)olvadására, az árvizek, hurrikánok és tájfunok gyakoribbakká, nagyobbakká, pusztítóbbakká válhatnak – eközben a fagy és általában a hideg okozta károk jelentősen csökkenhetnek.

Az Éghajlat-változási Kormányközi Testületadatai szerint a levegő földközeli átlaghőmérséklete 1905 és 2005 között 0,74 ± 0,18 °C-kal nőtt meg. A testület szerint ennek fő okai a XIX. század közepe óta légkörbe juttatott, üvegházhatást okozó gázok. Az üvegházgázok növelik az alsó légkör, a troposzféra hőmérsékletét.

A kutatók hevesen vitáznak arról, hogy a felmelegedést mennyiben idézik elő természeti hatások (a napsugárzás erősödése, a vulkáni tevékenység, a Föld pályaelemeinek változása) és mennyiben emberi tevékenységek.

Globális felmelegedésnek a Föld átlaghőmérsékletének emelkedését nevezzük,  amelynek során emelkedik az óceánok és a felszínközeli levegő hőmérséklete. Az éghajlatváltozási keretegyezmény a globális éghajlatváltozás kifejezést az ember által okozott klímaváltozásra használja.


A 20. században és különösen az utóbbi évtizedekben ez a klímaváltozás gyorsabb volt, mint a megelőző néhány évszázadban. A folyamat várhatólag folytatódik. A kérdés, hogy a hőmérséklet változása milyen mértékben az emberi tevékenység következménye.