İklim değişikliği
Gözlenen sıcaklık artışı

Birden fazla bağımsız enstrümantal veri seti iklim sisteminin ısındığını göstermektedir. 2011-2020 on yılı, sanayi öncesi temel çizgiye (1850-1900) kıyasla ortalama 1,09 °C [0,95-1,20 °C] ısındı. Yüzey sıcaklıkları her on yılda yaklaşık 0,2 °C artmakta ve 2020 yılında sanayi öncesi dönemin 1,2 °C üzerinde bir sıcaklığa ulaşmaktadır. 1950'den bu yana soğuk gün ve gecelerin sayısı azalmış, sıcak gün ve gecelerin sayısı ise artmıştır.
18'inci yüzyıl ile 19'uncu yüzyılın ortaları arasında çok az net ısınma olmuştur. Bu döneme ait iklim bilgileri, ağaçlar ve buz çekirdekleri gibi iklim vekillerinden gelmektedir. Termometre kayıtları 1850 civarında küresel kapsam sağlamaya başlamıştır. Orta Çağ İklim Anomalisi ve Küçük Buz Çağı gibi tarihsel ısınma ve soğuma modelleri, farklı bölgelerde aynı zamanda meydana gelmemiştir. Sıcaklıklar, sınırlı sayıda bölgede 20. yüzyılın sonlarındaki kadar yüksek seviyelere ulaşmış olabilir. Paleosen-Eosen Termal Maksimum gibi tarih öncesi küresel ısınma dönemleri olmuştur. Ancak, sıcaklık ve CO2 konsantrasyonlarındaki modern gözlemlenen artış o kadar hızlı olmuştur ki Dünya tarihindeki ani jeofiziksel olaylar bile mevcut oranlara yaklaşmamaktadır.
Hava sıcaklığı ölçümlerinden elde edilen ısınma kanıtları, çok çeşitli diğer gözlemlerle de desteklenmektedir. Örneğin, şiddetli yağışların sıklığında ve yoğunluğunda artış, kar ve kara buzlarının erimesi ve atmosferik nemin artması gibi doğal su döngüsündeki değişiklikler tahmin edilmiş ve gözlemlenmiştir. Flora ve fauna da ısınma ile tutarlı bir şekilde davranmaktadır; örneğin bitkiler ilkbaharda daha erken çiçek açmaktadır. Bir diğer önemli gösterge de üst atmosferin soğumasıdır; bu da sera gazlarının ısıyı Dünya yüzeyinin yakınında hapsettiğini ve uzaya yayılmasını engellediğini göstermektedir.
Dünyanın bölgeleri farklı oranlarda ısınmaktadır. Bu örüntü sera gazlarının nereden salındığından bağımsızdır, çünkü gazlar gezegen boyunca yayılacak kadar uzun süre kalmaktadır. Sanayi öncesi dönemden bu yana, kara bölgelerindeki ortalama yüzey sıcaklığı, küresel ortalama yüzey sıcaklığından neredeyse iki kat daha hızlı artmıştır. Bunun nedeni okyanusların daha büyük ısı kapasitesi ve okyanusların buharlaşma yoluyla daha fazla ısı kaybetmesidir. Küresel iklim sistemindeki termal enerji en azından 1970'ten bu yana sadece kısa süreli duraklamalarla artmış ve bu ekstra enerjinin %90'ından fazlası okyanuslarda depolanmıştır. Geri kalanı ise atmosferi ve kıtaları ısıtmış ve buzları eritmiştir.
Kuzey yarımküre ve Kuzey Kutbu, Güney Kutbu ve Güney yarımküreye kıyasla çok daha hızlı ısınmıştır. Kuzey yarımküre sadece çok daha fazla karaya değil, aynı zamanda daha fazla mevsimsel kar örtüsüne ve deniz buzuna sahiptir. Bu yüzeyler, buzlar eridikten sonra çok fazla ışık yansıtmaktan karanlık olmaya geçtikçe, daha fazla ısı emmeye başlarlar. Kar ve buz üzerindeki yerel siyah karbon birikintileri de Arktik ısınmaya katkıda bulunur. Kuzey Kutbu'ndaki sıcaklıklar dünyanın geri kalanına göre iki kattan fazla artmaktadır. Kuzey Kutbu'ndaki buzulların ve buz tabakalarının erimesi, zayıflamış bir Körfez Akıntısı da dahil olmak üzere okyanus dolaşımını bozarak iklimi daha da değiştirmektedir.