Das Klima der Erde entsteht durch das Zusammenspiel vieler Faktoren. Einige davon sind natürlichen Ursprungs, andere werden durch den Menschen verstärkt.

Zu den natürlichen Einflüssen gehören Veränderungen der Erdumlaufbahn, Schwankungen der Sonnenaktivität und die Neigung der Erdachse. Diese Faktoren können über sehr lange Zeiträume zu Warm- und Kaltzeiten beitragen.

Die heutige schnelle Erwärmung lässt sich jedoch nicht hauptsächlich mit der Sonne erklären. Die Sonneneinstrahlung ist in den vergangenen Jahren eher schwächer geworden, während die globale Temperatur weiter gestiegen ist.

Ein Teil des Sonnenlichts wird von hellen Flächen wie Eis direkt reflektiert. Ein anderer Teil wird von Land und Ozeanen aufgenommen und in Wärme umgewandelt. Die Erde gibt diese Energie anschließend als unsichtbare Wärmestrahlung wieder ab.

Treibhausgase wie Kohlendioxid nehmen einen Teil dieser Wärmestrahlung auf und geben sie in verschiedene Richtungen zurück. Dadurch bleibt mehr Wärme in der Atmosphäre. Der natürliche Treibhauseffekt macht Leben auf der Erde möglich. Zusätzliche Treibhausgase verstärken jedoch die Erwärmung.

Forschende untersuchen diese Vorgänge mit Experimenten und Klimamodellen. Ein Modell kann die gemessene Temperaturentwicklung der vergangenen ungefähr 150 Jahre gut nachbilden, wenn die menschlichen CO₂-Emissionen berücksichtigt werden. Ohne diesen Faktor passen die berechneten Temperaturen nicht zu den tatsächlichen Beobachtungen.

Ein weiterer wichtiger Vorgang ist die Albedo-Rückkopplung. Weiße Eisflächen reflektieren viel Sonnenlicht. Wenn das Eis schmilzt, werden dunkles Meerwasser oder dunkle Landflächen sichtbar. Diese nehmen mehr Energie auf und erwärmen sich. Dadurch schmilzt noch mehr Eis.

Besonders schwierig ist die Wirkung der Wolken. Wasserdampf wirkt als Treibhausgas und kann zur Erwärmung beitragen. Wolken reflektieren gleichzeitig Sonnenlicht und können dadurch kühlend wirken. Ihre Wirkung hängt unter anderem von ihrer Höhe, ihrem Ort und ihrer Zusammensetzung aus Wasser oder Eis ab.

Auch Ozeantemperaturen, Wälder, Vulkanausbrüche, Niederschläge und auftauender Permafrost beeinflussen das Klima. Alle Teile des Klimasystems sind miteinander verbunden. Deshalb können bereits kleine Veränderungen weitere Folgen auslösen.