A természetes aeroszolok nagy része elsődleges forrásokból, tehát közvetlenül jut a légkörbe. A sókristályok főleg az óceánokból származnak. A kontinenseken a sivatagokban a legtöbb az aeroszol – sivatagok a szárazföldek közel egyharmadát borítják. A bioaeroszolok közül a legjelentősebbek a pollenek, a spórák és a baktériumok. Az elsődleges aeroszolrészecskék közös jellemzője, hogy viszonylag nagyok (> 1 mikrométer).

A természetes aeroszolok kisebb része másodlagos forrásokból, azaz közvetetten kerül a légkörbe.

Az éghajlatot befolyásoló emberi hatások körébe tartoznak az emberi eredetű aeroszolok (por, korom, szulfátok) is, amelyek a napsugárzás egy részét visszaverik, illetve a magasabb légrétegekben elnyelik, ezáltal csökkentik a földfelszínre érkező sugárzásmennyiséget, s ily módon az üvegházhatással ellentétes hatást váltanak ki. Az emberi eredetű, elsősorban szulfát-aeroszolok ugyanakkor megváltoztathatják a felhőzet szerkezeti és sugárzás-átviteli jellemzőit is, ami közvetett módon ugyancsak klímaváltozáshoz vezet.

Az emberi eredetű üvegházhatású gázok légköri koncentrációja az 1990-es évekre elérte a valaha mért legmagasabb értéket, elsősorban a fosszilis tüzelőanyagok égetése, a mezőgazdasági tevékenységek, valamint a földhasználat átalakulása miatt. Az IPCC becslése szerint a levegőbe juttatott üvegházgázok 20%-a mezőgazdasági tevékenységek során szabadul fel, elsősorban a trágyázásnak, szarvasmarha-tenyésztésnek és rizstermelésnek tulajdonítható. További 14%-ért a földek hasznosításában bekövetkező változások a felelősek, például a növényzet kiirtása és elégetése.

Az ózon nem csak az ultraibolya tartományban képes elnyelni a fotonokat, hanem az infravörösben is. Következésképpen fontos üvegházhatású gázként viselkedhet. Közvetlen forrásai nincsenek, a sztratoszférában kémiai folyamatok során keletkezik oxigénből ultraibolya sugárzás hatására. Míg az alacsonyabb légrétegekben (troposzféra) a nitrogén-monoxid, nitrogén-dioxid, szén-monoxid és a reaktív szénhidrogének napfény hatására bekövetkező kémiai folyamatokban képződik.

A kén-hexafluorid (SF6) a polifluoroalkil (PFC) és a részlegesen fluorozott szénhidrogének (HFC) – melyek a klór-fluor-karbon vegyületeket (CFC) hivatottak helyettesíteni – gyártása során keletkezik.

Ezek közé a vegyületek közé tartoznak például a CHF3 és a CF3CH2F. Ezeket a gázokat az 1930-as években kezdték gyártani, többek között hűtő és légkondicionáló berendezésekhez. Később oldószerként az elektronikai iparban, habosítóanyagként és aeroszolos spray-k hajtógázaként hasznosították őket. Felmelegedést okozó hatásuk több ezerszerese a szén-dioxidénak. Széles körű használatuk magyarázata, hogy nincsenek hatással az emberi egészségre, mert ezek a gázok közömbösek, nem lépnek reakcióba semmilyen természetes vegyülettel.

A dinitrogén-oxid (N2O) légköri koncentrációja még a metánénál is alacsonyabb, de mivel hatékonyan nyeli el a földfelszín infravörös sugárzását, szintén fontos üvegházgáz. Legnagyobb mértékben természetes forrásból, a denitrifikációból származik. Ezt a forrást az ember felerősítette a légköri nitrogént megkötő haszonnövények termesztésénél használt nitrogéntartalmú műtrágya alkalmazásával. A műtrágyagyártáson kívül fontos dinitrogén-oxid források még a műanyagipar, a salétromsavgyártás, valamint a fosszilis tüzelőanyagok és mezőgazdasági hulladékok égetése.

A metán döntő része a légkörben zajló kémiai folyamatok során először szén-monoxiddá, majd szén-dioxiddá alakul. Az így keletkező szén-dioxid mennyisége azonban elhanyagolható az egyéb emissziókhoz képest. A metán kis részét a talajban lévő mikroorganizmusok megkötik. E két folyamat azonban nem képes ellensúlyozni a természetes és mesterséges forrásokból eredő mennyiséget, ezért a metán légköri koncentrációja napjainkban folyamatosan emelkedik. 2007-ben a légköri metán mennyiségének 60%-át az ember állítja elő.

Elsőként Charles Keeling klimatológus mérte meg a légköri szén-dioxid-koncentrációt a hawaii Mauna Loa hegy csúcsán az 1950-es években. Az eredményeket grafikonon ábrázolta, amit ma Keeling-görbének neveznek. A mérések 1958 és 2000 között folytak. A grafikonon megfigyelhető az ún. fűrészfog-effektus, aminek az északi félteke erdeiben zajló évszakos változás az oka. Az erdők ugyanis minden tavasszal hatalmas mennyiségű szén-dioxidot vonnak ki az atmoszférából, ami a Keeling-görbén a koncentráció visszaesésében jelenik meg.

Meteorológiai vizsgálatokból tudjuk, hogy a légkör szén-dioxid koncentrációja a 21. század elején 383 ppmv (térfogat-milliomod). A geológusok kimutatták, hogy ez több, mint bármikor az előző 417 ezer évben. Bár a természet körfolyamataiban hozzávetőleg harmincszor annyi szén-dioxid keletkezik, mint az ember tevékenységéből, az ember által okozott szén-dioxid emisszió eléri a 20 milliárd köbmétert.

Ennek nagy része elsősorban a fosszilis tüzelőanyagok (kőolaj, földgáz, fekete- és barna kőszén, lignit) elégetése révén keletkezik.

A Napról hozzávetőleg 126 ezer TW energia érkezik a Földre, és a Föld is ennyit sugároz vissza a világűrbe. Az emberiség (világgazdaság) teljes primer energiafelhasználása 2000-ben 10,2 milliárd tonna olajegyenérték volt, ami 13,6 TW-nak felel meg, vagyis az emberi energiafelszabadítás a Föld teljes energiaforgalmának alig egytízezred része. Ebből világos, hogy a globális felmelegedés oka nem lehet csupán az erőművekben felszabadított energia. A sugárzási viszonyok változása mellett a légkörben megnőtt az üvegházgázok mennyisége.

A környezeti változások következményei azonban hosszú távon mutatkoznak meg. A Föld óceánjainak magas hőkapacitása miatti kiegyenlítő hatása és más közvetítő folyamatok lassúsága miatt a Föld éghajlata lassan követi az azt megváltoztatni akaró behatást. Emiatt még akkor is további 0,5 °C-os melegedésre kell számítanunk, ha az üvegházhatású gázok koncentrációja tovább nem emelkedik.

Az emberi eredetű üvegházhatást főleg a szén-dioxid, a metán és a dinitrogén-oxid idézi elő.

Az éghajlat stabilitásához egyebek közt az kell, hogy a Föld légköréből annyi energia jusson ki, mint amennyi oda (főleg a napsugárzásból, kisebbrészt a Föld belső hőjéből) bekerül. Természetes üvegházhatás nélkül a Föld felszínének átlaghőmérséklete a mai 14 °C helyett csupán ‒19 °C lenne. Az üvegházhatású gázok mennyiségének bármilyen változása befolyásolja a Föld-légkör rendszer energiamérlegét, megváltoztatja az éghajlatot.

Az éghajlatra természetes és emberi tényezők is hatnak.

Az északi sarkvidék környékén még alig 1000 éve is jóval melegebb éghajlat volt a mainál. Történeti adataink vannak arról, hogy a vikingek nyitott hajókon keltek át Skandináviából Izlandra anélkül, hogy jéghegyeket láttak volna, majd Grönland déli részének jégmentes területein településeket alapítottak – ahol földművelést is folytattak –, majd probléma nélkül átkeltek Észak-Amerikába is. Ez a periódus a 14. századig tartott, majd az 1310-es években elkezdődött a „kis jégkorszak”, ami a 19.

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.