目前全球平均温度的变化，几乎和二氧化碳含量的变化是同步上升的，从工业革命开始，二氧化碳的含量急剧增加，虽然植物的光合作用吸收了很大一部分二氧化碳，海洋也溶解一部分二氧化碳并固定成碳酸钙，但空气中二氧化碳的含量还是逐步增加。根据美国弗吉尼亚大学和英国东安格里亚大学联合研究的结果，在进入20世纪后半叶，全球温度上升的趋势非常明显，
全球性的温度增量可能反过来导致其它方面的变动[来源请求] ，包括海平面上升和降雨量及降雪量在数额上和样式上的变化。这些变动也许促使极端天气事件更强更频繁，譬如洪水、旱灾、热浪、飓风和龙卷风。除此之外，还有其它后果，包括更高或更低的农产量、冰河撤退、夏天时河流流量减少、物种消失及疾病肆虐。预计全球变暖所因致事件的数量和强度；但是很难把这些特殊事件连接到全球变暖。虽然很多研究集中在2100年或之前的时间，但是预期全球变暖、海平面上升会在往后的日子仍然继续[来源请求]。因为二氧化碳在大气中有50年到200年的寿命[9]。但是还是有不少气候研究显示为人类的行动在最近全球变暖中其实没有扮演重要角色[来源请求]。但是无论气候变化的成因或结果为何，许多人是非常关心的；而且对於应付预言后果的政策应该如何实施，引起了全球广泛的政治争论、公开辩论及各种学术研究。这些政策讨论重点是应该减少还是扭转未来的暖化及怎麼应付预计的后果。
酸化
海水酸化
地球上的海洋吸收了许多生命活动所释放的二氧化碳，这一过程以气体溶解的方式进行，或者以海洋微生物的骨骼的形式沉入海底成为白垩或石灰石。目前，海洋的吸收量约为每人每年一吨的CO2，据估计自1800年以来海洋已经吸收了几乎一半的人类活动所释放的CO2（即一千二百亿吨的碳）[27]。

但是在水中，二氧化碳会变成碳酸，一种弱酸。工业革命以来温室气体的排放已经使海水的平均pH值下降了0.1，达到了8.2。据预测，进一步的排放可於2100年前将其再下降0.5，这是数百万年来从未达到的数值。[28]

有人已经观察到海水酸化可能对珊瑚[29]（1998年以来，世界上16%的暗礁珊瑚已经死於漂白剂）以及带有碳酸钙贝壳的海生生物造成的致命影响。酸度的增加也能够直接影响到鱼类的生长与繁殖，以及它们赖以生存的浮游生物[30]。

热盐循环的终止？

北大西洋海水流动示意图有一种学说认为全球暖化可能通过关闭或者减缓大洋的热盐循环从而导致北大西洋局部的降温，使得当地平均气温下降，或升温较少。它影响的范围包括斯堪的纳维亚以及英国，因为它们都受北大西洋暖流的加温。这一变化的可能性仍不确定，有一些证据表明墨西哥湾流以及北大西洋暖流有减弱的迹象。然而，现在仍无迹象表明欧洲北部或附近的海域有降温的趋势，而现实情况恰恰相反。

热带的热量大部分是经由大气向两极传递的，但它也可以通过洋流来输运，热的水流靠近表面而冷水流位於深层。这一循环的典型例子是墨西哥湾流，一个风驱的环流圈，将热水从加勒比海带向北方。湾流的一个向北的分支，北大西洋暖流是热盐循环的一个环节，将热量进一步朝北带往北大西洋，在那里加热了整个西北欧。北大西洋海水的蒸发以及水温下降同时导致了盐分的增加（相对盐度），从而使表面的水密度增大。同时，海冰的形成也进一步浓缩了海水中的盐分。因此较重的表面海水向下沉降，而同时向南方潜行。全球暖化可能造成如格陵兰冰盖的融化、降水量增加、特别是西伯利亚河流的增强[31]，从而使得注入北方海洋的淡水量增加。然而现在尚不清楚增加的淡水量是否足够切断热盐循环——环境模型给出了否定的结论，不过研究还在继续。