De mest almindelige klimaproblemer er global opvarmning og klimaændringer. Global opvarmning er den usædvanlige opvarmning af Jorden. Det er hovedsageligt forårsaget af opsving af drivhusgasser, såsom kuldioxid og metan, i jordens atmosfære; dette er laget sammensat af gasser og skyer. Klimaændringer henviser til skiftet i elementerne i klimaet, der kan ændre landskaber, påvirke samfundets daglige liv og forårsage ændringer i væksten af afgrøder. Begge klimaproblemer er forårsaget af mange faktorer, selvom menneskelige aktiviteter i vid udstrækning har været skylden af store dele af det videnskabelige samfund i årevis.
I begyndelsen af det 20. århundrede observerede eksperter, at Jordens atmosfære oplevede en let opvarmning. Denne begivenhed blev oprindeligt værdsat af det videnskabelige samfund i betragtning af at det beskyttede jorden mod gletsjere i en ny istid. Opvarmningshastigheden blev imidlertid så alarmerende, at forskere begyndte at undersøge, hvordan denne forekomst muligvis kunne stoppes eller minimeres.
Naturligvis fælder drivhusgasser nogle af solens energi i jordens atmosfære, et fænomen kaldet drivhuseffekten. Kortbølget stråling fra solen kan passere gennem disse gasser; dog blokeres langbølget stråling, der antages at blive transmitteret tilbage til det ydre rum, af disse gasser, hvor det bliver fanget i jordens atmosfære. Når flere drivhusgasser indføres i atmosfæren, fanges mere stråling, hvilket resulterer i klimaproblemer som global opvarmning. Global opvarmning skaber på sin side klimaændringer.
For mange år siden oplevede Jorden klimaændringer, der skete over en lang periode. For eksempel blev klimaet køligere i istidene, men blev igen varmere efter at der var gået millioner af år. Siden 1700-tallet er klimaændringerne imidlertid sket hurtigere; disse ændringer har i høj grad påvirket Jorden og alt på den, hvilket har tilskyndet forskere til at udføre omfattende forskning. Årsagerne til klimaændringer i den fjerne fortid betragtes som rent naturlige, såsom vulkanudbrud og meteoriske påvirkninger. Klimaforandringer i de senere år er imidlertid blevet knyttet til menneskelig aktivitet, såsom frigivelse af kemiske forbindelser, der anvendes i visse landbrugspraksis.
Fossiler, jord, træer og isaflejringer afslører tegn på klimatendenser. For eksempel giver vækstringmønstre af træer tegn på forskydninger i nedbør og temperatur. En bred vækstring dannes under koldt klima eller når der er tilstrækkelig nedbør; en smal vækstring dannes under varmt klima eller når der er mindre nedbør. I dag registreres direkte bevis for klimaproblemer og tendenser ved hjælp af moderne instrumenter som satellitter.
