Biến đổi khí hậu đột ngột xảy ra khi hệ thống khí hậu bị buộc phải chuyển đổi với tốc độ được xác định bởi cân bằng năng lượng nội tại và tốc độ này nhanh hơn tốc độ thay đổi của tác động bên ngoài. Do đó, biến đổi khí hậu đột ngột là sự thay đổi vượt ra ngoài dao động bình thường của khí hậu. Các sự kiện trong quá khứ bao gồm sự kết thúc của Sự kiện sụp đổ rừng mưa nhiệt đới kỷ cacbon, Younger Dryas, các sự kiện Dansgaard-Oeschger, các sự kiện Heinrich và có thể cả Cực đại nhiệt Paleocene–Eocene. Thuật ngữ này cũng được sử dụng trong bối cảnh biến đổi khí hậu để mô tả thay đổi đột ngột có thể nhận biết trong khoảng thời gian của cuộc đời con người, có thể là kết quả của các vòng phản hồi hoặc điểm tới hạn. Khoảng thời gian được mô tả là 'đột ngột' có thể thay đổi đáng kể. Những thay đổi được ghi lại trong khí hậu của Greenland vào cuối Younger Dryas, được đo bằng lõi băng, ngụ ý sự nóng lên đột ngột + trong khoảng thời gian vài năm. Những thay đổi đột ngột khác là + trong vòng vài năm ở Greenland 11.270 năm trước hoặc + trong vòng vài thập kỷ ở thời điểm 22.000 năm trước ở Nam Cực. Các mô hình Hệ thống Trái đất dự đoán rằng trong điều kiện tiếp tục phát thải khí nhà kính, đến năm 2047, nhiệt độ gần bề mặt của Trái đất có thể ra ngoài phạm vi dao động trong 150 năm qua, ảnh hưởng đến hơn 3 tỷ người và hầu hết các nơi có sự đa dạng loài lớn trên Trái đất. Theo Ủy ban về biến đổi khí hậu đột ngột của Hội đồng nghiên cứu quốc gia:Về cơ bản có hai định nghĩa về biến đổi khí hậu đột ngột: Hai định nghĩa này bổ sung cho nhau: ý đầu giải thích cách thay đổi khí hậu đột ngột xảy ra; ý sau giải thích tại sao có nhiều nghiên cứu dành cho nó. Các điểm tới hạn trong hệ thống khí hậu bao gồm các tác động cục bộ của biến đổi khí hậu, một số có thể khởi phát đột ngột và do đó có thể được coi là biến đổi khí hậu đột ngột. Một nhóm các nhà khoa học của Anh và Đức đã phát biểu: "Kiến thức tổng kết hiện tại cho thấy rằng nhiều yếu tố tới hạn có thể đạt đến điểm tới hạn trong thế kỷ này dưới tác động của biến đổi khí hậu do con người gây ra" (bài báo đã được trích dẫn trên 3000 lần tính đến năm 2022). Người ta cho rằng các kết nối xa như các quá trình đại dương và khí quyển, ở các thời khoảng khác nhau, kết nối cả hai bán cầu trong quá trình biến đổi khí hậu đột ngột. Ủy ban Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu tuyên bố rằng sự nóng lên toàn cầu "có thể dẫn đến một số tác động đột ngột hoặc không thể đảo ngược". Một báo cáo năm 2013 của Hội đồng Nghiên cứu Quốc gia Hoa Kỳ đã kêu gọi chú ý đến các tác động đột ngột của biến đổi khí hậu, nêu rõ rằng ngay cả sự thay đổi dần dần, ổn định trong hệ thống khí hậu tự nhiên cũng có thể gây ra tác động đột ngột ở những nơi khác, chẳng hạn như cơ sở hạ tầng và hệ sinh thái của con người nếu các ngưỡng quan trọng bị vượt qua. Báo cáo nhấn mạnh sự cần thiết của một hệ thống cảnh báo sớm có thể giúp xã hội dự đoán tốt hơn những thay đổi đột ngột và mới nổi. Một đặc điểm của các tác động đột ngột của biến đổi khí hậu là tốc độ nhanh hơn dự kiến. Yếu tố này khiến những hệ sinh thái bất động và hạn chế về khả năng ứng phó như hệ sinh thái lâm nghiệp đặc biệt dễ bị tổn thương. Hiểu biết khoa học về biến đổi khí hậu đột ngột nói chung còn ít ỏi. Hầu hết những trường hợp hay đổi khí hậu đột ngột trong quá khứ có khả năng cao là do sự thay đổi hoàn lưu đột ngột, tương tự như khi lũ lụt tạo ra một nhánh sông mới. Ví dụ nổi tiếng nhất là vài chục lần ngừng dòng hải lưu Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC) trong kỷ băng hà cuối cùng, ảnh hưởng đến khí hậu trên toàn thế giới. Một nguồn hiệu ứng biến đổi khí hậu đột ngột là quá trình phản hồi, trong đó một sự kiện nóng lên gây ra một sự thay đổi làm tăng thêm sự nóng lên. Điều tương tự cũng có thể áp dụng cho việc làm mát. Ví dụ về các quy trình phản hồi như vậy là: Một số giai đoạn thay đổi khí hậu đột ngột đã được xác định trong hồ sơ cổ khí hậu. Các ví dụ đáng chú ý bao gồm: Ngoài ra còn có những thay đổi khí hậu đột ngột liên quan đến các sự kiện vỡ hồ băng. Một ví dụ về điều này là sự kiện "8,2 kiloyear" liên quan đến sự cạn nước của Hồ băng Agassiz. Một ví dụ khác là sự kiện Antarctic Cold Reversal, khoảng 14.500 năm trước. Một nghiên cứu năm 2017 đã kết luận rằng, khoảng 17.700 năm trước, các điều kiện tương tự như lỗ thủng tầng ôzôn ở Nam Cực ngày nay đã góp phần vào quá trình tan băng ở nam bán cầu. Sự kiện này trùng hợp với một loạt vụ phun trào núi lửa khổng lồ, được cho là do núi Takahe ở Tây Nam Cực.