Temperaturendringene som anses å følge av global oppvarming, varierer over hele kloden. Siden 1979 har landtemperaturene økt omtrent dobbelt så raskt som temperaturene målt i hav (0,25 °C per tiår mot 0,13 °C per tiår). Havtemperaturer øker saktere enn landtemperaturer på grunn av større effektiv varmekapasitet i havene og fordi havet mister mer varme ved fordampning. Siden begynnelsen av industrialiseringen har temperaturforskjellen mellom jordens to halvkuler (nordlige og sørlige halvkule) økt på grunn av smelting av havis og snø i nord. Gjennomsnittlige temperaturer i Arktis har økt nesten dobbelt så raskt som i resten av verden de siste 100 år, arktiske temperaturer er imidlertid også svært variable. Selv om flere klimagasser slippes ut på den nordlige enn på den sørlige halvkule, bidrar dette ikke til forskjellen i oppvarmingen fordi de dominerende drivhusgasser har en levetid som er lang nok til å spres i atmosfæren over hele kloden.