人為的要因の大きなものとしては温室効果ガスがあり、その排出量の増加は温室効果をもたらす。産業革命が始まって以降、大量の人為的な温室効果ガスが大気に放出されている。IPCCは、1750年以来、二酸化炭素濃度は31%、メタンは151%、窒素酸化物17%、対流圏のオゾンが36%増加し、「人為的な二酸化炭素の多くが化石燃料の燃焼により生産されている。メタンガスは家畜や燃料、米の生産でも増加し、湿地などから自然要因で放出される量の66%程度である」と発表した。
人為的な要因とは、環境と気候を変化させる可能性のある人類（ホモ・サピエンス）活動によるものを指す。最も大きなものは、ヨーロッパで起こった産業革命以来、化石燃料を燃焼させる過程で大量に放出された二酸化炭素であり、そのほとんどは1945年以降の放出である。他の要因では、森林の減少、地表のアルベドを変化させる農業他の土地利用、炭素サイクルやメタンの生成への影響、人為物質エアロゾルの放出が考えられる。
氷期/間氷期の10万年サイクルは、自然の外部因子による変化の一例である。過去1000年の広範囲にわたる二つのできごととして、気温が比較的温暖だった中世の温暖期と寒冷だった小氷期と呼ばれる出来事があったが、人為的な要因はその時代では小さいと考えられるので、これらの変化は自然的な原因で起こったとされる。小氷期については太陽活動の減退か火山活動の増加によるものと考えられるが、中世の温暖期についてはまだはっきりとは判明していない。少数の研究者は、1860年以降見られる温暖化は、小氷期からの回復過程という自然の原因によるものではないかと主張している。
地球の現在の大気は二酸化炭素濃度が370 ppm（0.037%） であるが、過去6億年のほとんどの間、大気中の二酸化炭素濃度は6000から400 ppmの間で変化しており、過去40万年間（産業革命以前）では300ppmより低かった（顕生代の大気中の二酸化炭素量と平均気温のグラフも参照）。過去の地質時代と比べて、現在の大気中の二酸化炭素は非常に少ない（）。6億年前から現在までの地球史のなかで二酸化炭素濃度が400ppm以下なのは、石炭紀と現在の第四紀のみである。
自然の外的要因でもっとも主なものは太陽活動による放射量の変化であるが、地球に届く太陽放射量は、地理的、時間的に分布に均一ではない。太陽放射量は、太陽周期により短い時間スケール（約11年）で変化し、地球軌道の周期的な変化によって100年から1000年のスケールで変化する。さらに長い時間（1億年）で考えると、太陽自体が熱くなっていくという現象が加味される。天体活動が地球の気候変動に与える要因として他にもいくつかの機構が提案されている。たとえば、赤道準二年周期振動（QBO：quasi-biennial oscillation）と太陽活動の関連や北極振動（AO：arctic oscillation）と太陽活動の関連などである。月の潮汐力の変化とエルニーニョ、ラニーニャとの関連も指摘されている。これは月の潮汐力が熱塩循環にも影響を与えるためともいわれている。
栃木県生まれ、千葉県四街道市育ち。四街道市立四和小学校卒業。幼い頃からアナウンサーに憧れ、小学校時代は放送委員会に所属。渋谷教育学園幕張中学校・高等学校卒業。高校2年の時には、ニュージーランドのタマテア・ハイスクールに10ヶ月間留学。代々木ゼミナール津田沼校出身で、早稲田大学第一文学部へ入学。在学中、フラメンコサークルに1年間所属。2004年、アナウンサーの勉強をしている際に、知り合った友人の紹介でセント・フォースに所属。2005年4月1日からフジテレビ系情報番組『めざましテレビ』の4代目お天気キャスターを務める。東京アナウンスセミナー出身で、2006年度（6期）生。2007年3月、早稲田大学第一文学部卒業。2007年7月5日、オリコンの「好きなお天気キャスター・気象予報士」ランキングで3回連続総合2位獲得（女性では3回連続1位）。2008年6月26日発表分では総合1位を獲得（女性/男性が選ぶ部門でそれぞれ1位）。2009年3月30日、『めざましテレビ』においてお天気キャスターから情報キャスター（エンタメ）に担当変更。2009年12月4日、オリコンの「好きな女子アナ」ランキングで3位を獲得。これによりオリコン「好きな女子アナ」「好きなお天気キャスター・気象予報士」の２つにランクインしたのは史上初。現在でも皆藤愛子のみ。2010年10月10日からラジオ番組『皆藤愛子 あいラジ』（ニッポン放送）で初のレギュラーパーソナリティを務める。2011年4月2日、『めざましどようび』のメインキャスターを担当。これに伴い『めざましテレビ』の情報キャスター（エンタメ）も（月曜日-水曜日担当）に変更し兼任。2013年2月11日（10日深夜）、NHKの生放送番組『双方向クイズ 天下統一』においてMCを務める。初のフジテレビ以外のテレビ局出演となった。その後は『永沢君』（TBS）、『ぐるぐるナインティナイン』（日本テレビ、2013年7月18日放送分ゲスト）と他系列局番組出演が解禁される。2014年3月31日、『めざましアクア』のメインキャスター（月曜日-火曜日）を担当。2014年9月29日、『めざましアクア』のメインキャスター（月曜日-水曜日）に担当変更。2015年1月10日、『FOOT×BRAIN』のMCに就任。2015年3月25日、『めざましテレビ アクア』降板をもって、10年間出演してきためざましファミリーを卒業。2015年4月4日、『週刊報道 Bizストリート』メインキャスターに就任し、2年間出演。