thumb|upright=1.35|alt=The global map shows sea temperature rises of 0.5 to 1 degree Celsius; land temperature rises of 1 to 2 degree Celsius; and Arctic temperature rises of up to 4 degrees Celsius.| Просечне температуре ваздуха од 2011. до 2020. у поређењу с просеком од 1951. до 1980. године thumb|upright=1.35|alt=The graph from 1880 to 2020 shows natural drivers exhibiting fluctuations of about 0.3 degrees Celsius. Human drivers steadily increase by 0.3 degrees over 100 years to 1980, then steeply by 0.8 degrees more over the past 40 years. |Промена просечне глобалне температуре од прединдустријског доба. Људска активност је главни узрок загревања током индустријске ере. Природни чиниоци сразмерно мало доприносе климатској промени.
Глобално загревање је антропогена климатска промена и феномен дуготрајног постепеног повећања просечне температуре ваздуха на Земљи узрокован људским делатностима. Феномен брже мења климу од свих познатих претходних климатских промена у историји планете. Главни узрок је емисија гасова стаклене баште, већином угљен-диоксида () и метана, који настају сагоревањем фосилних горива у енергетске сврхе. Остали извори емисије су: пољопривреда, производња челика и цемента те крчење шума. Порасту температуре доприноси и губитак снежног покривача који одбија сунчеву светлост и емисија угљен-диоксида из шума погођених сушама. Све то убрзава процес затопљења.
Температуре су на тлу порасле двоструко брже од глобалног просека. Пустиње се проширују,, Geophysical Research Letters 34: L06805. а све су учесталији топлотни таласи и шумски пожари. Повећано загревање на Арктику допринело је отапању пермафроста и морског леда те повлачењу ледника. Повећане температуре узрокују и снажније олује и друге временске екстреме. Због промена животне средине, многе врсте су приморане да се преселе из својих станишта — коралних гребена, планина, Арктика и других сличних места — док другима прети опасност од изумирања. Људима прете несташица хране и воде, снажније и чешће поплаве, екстремне врућине, болести и економски губици. Глобално загревање може подстаћи и сеобу становништва.. Светска здравствена организација (СЗО) сматра феномен као највећу претњу глобалном здрављу у 21. веку.: "Climate change is the greatest threat to global health in the 21st century. Health professionals have a duty of care to current and future generations. You are on the front line in protecting people from climate impacts – from more heat-waves and other extreme weather events; from outbreaks of infectious diseases such as malaria, dengue and cholera; from the effects of malnutrition; as well as treating people that are affected by cancer, respiratory, cardiovascular and other non-communicable diseases caused by environmental pollution." Чак и ако људи успеју ублажити будуће загревање, поједине последице — попут пораста нивоа мора, загревања и закисељења океана — потрајаће вековима.
Већ су приметне многе последице садашњег нивоа загревања, који је отприлике 1,2 °C. Међувладин панел о климатским променама (МПКП) предвиђа веће последице када тај број пређе 1,5 °C. Додатно загревање повећава ризик од прекорачења климатских прекретница, од којих је једна отапање Гренландске ледене плоче. Решење проблема обухвата предузимање одређених мера којима би се ограничила количина загревања те прилагодило садашњим и предстојећим климатским променама. Даљње загревање се може ублажити смањењем емисије стакленичких гасова и њиховим уклањањем из атмосфере. Биће потребно прећи с угља на енергију ветра и сунца те повећати енергетску делотворност.. Емисије ће се додатно смањити преласком на електрична возила и топлотне пумпе. Предупређивање крчења шума и пошумљавање могу помоћи апсорпцији .
Протоколом из Кјота 1997. земље потписнице су се обавезале да ће смањити емисију стакленичких гасова. Државе потписнице Париског споразума договориле су се 2015. да ће задржати загревање испод 2 °C предузимањем различитих мера ублажавања. Међутим, и кад се узму у обзир обавезе прописане споразумом, температура би до краја века могла порасти за приближно 2,7 °C. Да би се пораст зауставио на 1,5 °C, људи морају преполовити емисије до 2030. и постићи нулте нето стопе до 2050. Температурне промене Директна инструментална мерења температуре на глобалном нивоу врше се од средине 20. века, а на основу палеоклиматских реконструкција ( анализом седимената, стена, леда из глечера, корала и др.) покушавају се утврдити климатске промене на скалама хиљада и милиона година. Од 19. века дошло је до повећања просечне површинске и океанске температуре Земље, и то за 0,85 °C у периоду 1880-2012, а 0,72 °C у периоду од 1951. до 2012. године, на основу три независна сета мерења. Свака од претходне три деценије је топлија у просеку од било које од деценија у току ере инструменталног мерења глобалних температура, док је прва деценија 21. века најтоплија од свих. Није смислено о температурним променама узрокованим глобалним загревањем говорити на сувише малим скалама времена, јер постоји варијабилност климе, као што је сезонска или деценијска, чији утицаји на резултате мерења нестају тек када се усредње мерења на довољно великим временским скалама.
Температура најнижег слоја Земљине атмосфере (тропосфере) је постала виша од средине 20. века, док се температура стратосфере смањила, на основу мерења вршеним радио-сондама и сателитским сензорима. На основу мерења од 1971. године до 2011. забележен је пораст и температуре површинског слоја океана до дубине од 700 m.
Узроци
Климатске промене могу бити узроковане различитим факторима: ефекат стаклене баште, промене луминозности Сунца, вулканске ерупције, Миланковићеви циклуси који су последица сложенијих разматрања кретања Земље и дешавају се у периодима већим од оних релевантних за разматрања глобалног загревања.
Ефекат стаклене баште Ефекат стаклене баште први је предложио Жозеф Фурије, а открио га је 1860. Џон Тиндал.
Када Сунчево зрачење пада на Земљу, део њега бива апсорбован и на тај начин загрева Земљу, док део бива емитован у спољашњи свемир. Да би се остварила енергетска равнотежа, неопходно је да енергија коју Земља прими са Сунца буде једнака енергији коју Земља изгуби у свемиру. Када не би било атмосфере, просечна температура на Земљи би била -18 °C, тј. на овој температури била би успостављена равнотежа. Ефекат стаклене баште назив је за процес којим атмосферски гасови, емисијом и апсорпцијом инфрацрвеног зрачења, доводе до повећања температуре у нижим слојевима атмосфере и на површини Земље. Један део Сунчеве светлости никада не стигне до површине Земље јер се нпр. рефлектује од облаке. Други део долази до површине, од чега се један део те светлости опет одбија и зрачи претежно у инфрацрвеном домену у атмосферу. У атмосфери ова светлост интерагује електромагнетно са атмосферским гасовима, од којих су најзначајнији они са три или више атома, који су у претходних неколико миленијума одржавали просечну температуру Земље на око 15 °C, а то су: угљен-диоксид, метан, водена пара и др. и називају се гасовима стаклене баште. Светлост у интеракцији са њима бива апсорбована и емитована у свим правцима, што значи да један део завршава у спољњем свемиру, тј. Земља губи енергију, док други део емитован у смеру Земље утиче на померање енергетске равнотеже, тј. до повећања температуре Земље. Овај механизам заслужан је за остваривање температуре која омогућава живот на Земљи каквим га данас познајемо. Од доба индустријске револуције људским деловањем су повећане концентрације неких гасова стаклене баште, које су узроковале промене у атмосфери и изазвале феномен који називамо глобалним загревањем.
Слојевити модел Иако су атмосфера Земље као и Светски океан компликовани неравнотежни системи са сложеним интеракцијама између различитих компоненти тог система, основни механизми који одређују климатске параметре као што је просечна температура Земље могу бити објашњени упрошћеним моделима. Треба имати у виду да су реалистични климатски модели који се користе за предвиђање климе сложене нумеричке симулације које укључују мноштво компликација које нису обухваћене простим моделима. Најпростији аналитички модел климе јесте модел са слојевима, где се различите компоненте климатског система Земље редукују на хомогене слојеве који имају једну температуру. На тај начин, Земља може бити приказана као слој који има температуру ТЗемља. За разумевање елементарне енергетике климатског система неопходно је узети у обзир две ствари: закон очувања енергије и закон зрачења апсолутно црног тела. мини|Најпростији климатски модел. Земља нема атмосферу, сво зрачење које долази са Сунца Земља израчи као црно тело. Земља добија енергију од Сунца у виду електромагнетног зрачења, и по закону очувања енергије та енергија мора бити очувана након што пристигло зрачење интерагује са Земљом. Постоје две ствари које се дешавају са пристиглим зрачењем. Део зрачења је рефлектован у Свемир, док је други део апсорбован. За потребе слојевитог модела рефлектовани део зрачења може бити обухваћен једном константом која се зове албедо (α) и узима вредности између 0 и 1. Релевантна физичка величина за енергетску анализу је интензитет зрачења који има јединицу у СИ систему, и мера је енергије електромагнетних таласа која по јединици времена прође кроз јединицу површине, где је енергија по јединици времена снага (изражена у ватима). Уколико је интензитет зрачења који пристиже на Земљу са Сунца Iсунце, онда је интензитет рефлектованог зрачења α·Iсунце, а интензитет апсорбованог зрачења (1-α)·Iсунце. Јасно је да је збир ова два члана због закона очувања једнак укупном интензитету пристиглог зрачења. Зрачење које долази на Земљу може се посматрати само кроз апсорбовано зрачење, јер се рефлектовано зрачење може третирати као да није ни стигло на Земљу. Дакле, интензитет зрачења које долази на Земљу је Iдолазно=(1-α)·Iсунце. Албедо за различите планете је драстично другачији, нпр. Венера због густих облака који добро рефлектују светлост има висок албедо, док је албедо Земље око 0,3.
Други аспект енергетске анализе јесте питање структуре зрачења како Сунца тако и Земље, тј. питање вредности интензитета Сунчевог зрачења, као и спектралних карактеристика тог зрачења, тј. питање тога који део зрачења је израчен са којом фреквенцом. Испоставља се да је модел апсолутно црног тела веома добар модел зрачења објеката као што су Сунце или Земља. Будући да су звезде и планете изузетно компликовани системи, њихова динамика омогућава емисију и апсорбцију светлости произвољне фреквенце, тако да апсолутно црно тело постаје релативно добар модел. Под претпоставком термодинамичке равнотеже, једини параметар који одређује зрачење таквог тела је температура. Апсолутно црно тело зрачи на свим фреквенцама, с тим да је удео зрачења на свакој фреквенци функција температуре тела. Виша температура значи убрзаније случајно кретање унутар тела и процесе који се одвијају на просечно вишим енергијама, тако да ће апсолутна црна тела на вишој температури зрачити електромагнетне таласе виших енергија. Енергија електромагнетног таласа пропорционална је фреквенцији таласа и обрнуто пропорционална таласној дужини. Стога Сунце чија површина има температуру од око 5800 K највише емитује зелену светлост таласне дужине око 500 nm, док површина Земље будући да је на нижој температури углавном емитује инфрацрвену светлост која има значајно вишу таласну дужину и нижу фреквенцу. Уколико се сумира зрачење светлости по свим фреквенцама добија се укупни интензитет зрачења, који се зове Штефан-Болцманов закон и по коме је укупни интензитет израченог зрачења пропорционалан четвртом степену температуре. Из овог закона можемо добити да је интензитет зрачења које пада на Земљу приближно једнак .