具体来说，根据气候模式预测，未来20年，在合理的排放范围内，全球温度将以每10年0.2℃的平均速度增长。由于气候系统对目前大气温室气体浓度的反应具有滞后性，因此大约有一半近期的增温将影响到未来的变化。
尽管如此，21世纪的长期气候变暖仍受到温室气体排放量的强烈影响，科学家针对各种各样的情况（比如从快速经济增长到适度经济增长，从过于依赖化石燃料到不太依赖化石燃料等），对未来的气候进行了模拟。在各种不同的排放情况下，全球温度将上升1.8℃到4.0℃。排放量越高，则升温越高。就区域性影响而言，科学家比以往更加确信，未来的气候变化形式将类似于过去50年来观测到的气候变化形式（例如，陆地比海洋升温快），只是变化的幅度将比以往更大。
模拟结果还表明，随着全球变暖，通过陆地和海洋的自然过程去除大气中多余的二氧化碳，收效将越来越微弱。气候变暖会使更多被排放出来的二氧化碳滞留在大气中，反过来又会进一步加速全球变暖，这是碳循环（carbon cycle，碳化合物在气候系统中的交换过程）中一个重要的正反馈效应。尽管模型也认为碳循环的变化表现为正反馈，但是它们对气候变化的影响程度仍然无法确定，因为这取决于许多其他因素，比如植物或土壤对碳的吸收如何随气候变化而变化，而我们对此知之甚少。这些过程也将是未来研究的重要课题。
模拟还预测，气候变化将影响海洋的物理化学性质。21世纪海平面将上升30cm～40cm的估计，同样取决于温室气体的排放量。海平面的升高，大约60%是由海洋热膨胀引起的。但这些预测，并不包括近期观测到的格陵兰岛和南极洲冰盖消失速度加快，可能引起的海平面加速上升。尽管对冰盖消失过程的科学理解非常有限，但是它们可能将海平面的上升幅度再增加10cm～20cm，因此不能排除海平面有更大幅度上升的可能。海洋的化学性质同样受到影响：大气中二氧化碳浓度的增加，将使海水变得更酸。
根据预测，最剧烈的气候变化可能会发生在极地地区，包括高纬度地区土壤温度的显著上升、冻土层融化深度的增加和北极盆地夏季海冰的大量减少等。在纬度较低的地区，将可能出现更为强烈的热浪、降雨和更为强烈但可能频率有所下降的飓风与台风。飓风和台风增强的程度还不确定，这也是未来的研究课题之一。（参见《环球科学》2007年第8期《全球变暖 飓风升级》一文。）
当然，一些重要的不确定性依然存在。云对温度上升的具体反馈途径，是影响全球变暖整体预测的一个关键因素。令人沮丧的是，云的复杂性意味着它们的反应难以把握，因此还需要在这一领域开展更多的研究。
我们生活在这样一个时代：自然和人类共同影响着地球和地球生物的进化。不幸的是，我们的气候模拟对一个世纪以后的预测还显得无能为力，自然系统和人类社会对气候变化的响应如何？我们对此的认识局限也增加了预测的不确定性。不过，有一点是肯定的：在未来至少1,000年里，植物、动物和人类都必须承担气候变化的后果。