En fortsatt förändring av atmosfärens innehåll av växthusgaser och partiklar beräknas ge en framtida och för människan farlig uppvärmning långt över 1,5°C jämfört med förindustriell nivå. Dock är det osäkert hur stor del av uppvärmningen som maskeras av partiklarnas avkylande effekt och särskilt partiklarnas påverkan på molnens utbredning och egenskaper.

Den globala uppvärmningen är inte jämnt fördelad över jorden. Polarområdena är särskilt känsliga för klimatförändringar och uppvärmningen i Arktis sker mer än dubbelt så snabbt som för resten av jorden i medeltal. Effekterna av uppvärmningen är tydliga, exempelvis sker en dramatisk minskning av ytan och tjockleken av havsisen.

Över långa tidsskalor utvecklas atmosfärs- och oceancirkulation i samspel med inlandsisar, bergskedjor, och omfördelningar av kol mellan atmosfär, ocean och land. Cirkulationssystemen och relaterade återkopplingar påverkar flödet av energi och materia mellan olika klimatreservoarer och skapar naturliga klimatvariationer.