我们赖以生存的地球是一个极其复杂的系统，地球气候系统是构成这个地球系统的重要一环。在漫长的地球历史中，气候始终处在不断地变化之中。究其原因，概括起来可分成自然的气候波动与人类活动的影响两大类。前者包括太阳辐射的变化、火山爆发等。后者包括人类燃烧矿物燃料以及毁林引起的大气中温室气体浓度的增加、硫化物气溶胶浓度的变化、陆面覆盖和土地利用的变化等。
气候系统所有的能量基本上都来自太阳，因此太阳辐射的变化被认为是引起气候系统变化的一个外因。20世纪70年代末，卫星观测的应用使得人类可以在大气层以外准确地测量太阳辐射输出的变化，这才知道太阳辐射量并不是完全不变的，特别在太阳黑子异常活动的周期中存在着一定的差异。许多科学家认为太阳黑子数多时地球偏暖，低时地球偏冷。但太阳辐射的变化影响气候的机理尚不清楚，也缺乏严格的理论或者观测事实支持。不过通过研究，科学家们还是发现，太阳辐射的变化、地球轨道的变化都不是引起近代全球变暖的主要原因，同时基本排除了影响气候变化的另一个自然因素——火山爆发是引起近百年全球变暖主要原因的可能性。
科学家们认为，在气候系统的自然变化中，最重要的方面是大气与海洋环流的变化或者脉动。这种环流变化是造成区域尺度气候要素变化的主要原因大气与海洋环流的变化有时可伴随着陆面的变化。在年际时间尺度上，厄尔尼诺和南方涛动（ENSO）和NAO是大气与海洋环流变化的重要例子，它们的变化影响着大范围甚至半球或全球尺度的天气与气候变化，是目前制作季、年际气候预测的基础与依据。长期以来世界上许多气象学家一直致力于这方面的研究，旨在提高全球与区域的气候预测水平。对于更长的十年时间尺度，太平洋十年尺度振荡（PDO）和相关的年代际太平洋振荡（IPO）可以用来解释地面气温全球平均变化的一半左右，它们与明显地与地区性的温度和降水变化有联系。
关于人类活动对气候变化的影响，有越来越多的研究表明，近百年人类活动加剧了气候系统变化的进程。最新发表的权威报告——联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第四次评估报告第一工作组报告的决策者摘要指出，人类活动与近50年气候变化的关联性达到90%。
对人类活动增加大气中温室气体的浓度可能导致气候变化的研究，可以追溯到19世纪末。1896年，瑞典科学家斯万特．阿尔赫许多科学家陆续对此问题进行了一些研究。1957年，瑞威拉等在美国发表了一篇关于增加大气中温室气体浓度可能产生气候变化的论文。同年，美国夏威夷观象台开始进行二氧化碳浓度观测，从而正式揭开人类研究气候变化的序幕。
排放温室气体的人类活动有哪些？可产生哪些温室气体呢？这些温室气体又是怎样影响了气候变化呢？
排放温室气体的人类活动包括：所有的化石能源燃烧活动排放二氧化碳。在化石能源中，煤含碳量最高，石油次之，天然气较低；化石能源开采过程中的煤炭瓦斯、天然气泄漏排放二氧化碳和甲烷；水泥、石灰、化工等工业生产过程排放二氧化碳；水稻田、牛羊等反刍动物消化过程排放甲烷；土地利用变化减少对二氧化碳的吸收；废弃物排放甲烷和氧化亚氮。
上述那些人类活动所产生的温室气体主要有6种：除了二氧化碳外，目前发现的人类活动排放的温室气体还有甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫。对气候变化影响最大的是二氧化碳，二氧化碳的生命期很长，一旦排放到大气中，最长可生存200年时间，因而最受关注。
这些温室气体主要是通过温室效应来影响气候变化的。何为温室效应？大气中的二氧化碳等气体，可以透过太阳短波辐射（指吸收少），使地球表面升温；但阻挡地球表面向宇宙空间发射长波辐射（指吸收多），从而使大气增温。由于二氧化碳等气体的这一作用与“温室”的作用类似，故称之为“温室效应”。
工业化革命以前，大气中的二氧化碳等气体造成的“温室效应”使得地球表面平均温度由-18℃上升到当今自然生态系统和人类已适应的15℃。一旦大气中的温室气体浓度继续增加，进一步阻挡了地球向宇宙空间发射的长波辐射，为维持辐射平衡，地面必将增温，以增大长波辐射量。地面温度增加后，水汽将增加（增加大气对地面长波辐射的吸收），冰雪将融化（减少地面对太阳短波的反射），又使地表进一步增温，即形成正反馈使全球变暖更显著。