El calentamiento global ha sido detectado en varios sistemas. Algunos de estos cambios, por ejemplo, sobre la base de los registros de temperatura instrumental, se han descrito en la sección relativa a los cambios de temperatura. La subida del nivel del mar y los descensos observados en la nieve y la extensión del hielo son coherentes con dicho calentamiento.La mayor parte del aumento de la temperatura media mundial desde mediados del siglo XX es, con alta probabilidad, consecuencia de cambios inducidos por el hombre en las concentraciones de gas de efecto invernadero.Incluso con las políticas actuales para reducir las emisiones, se espera que sigan creciendo las emisiones mundiales en las próximas décadas.[ En el transcurso del siglo XXI, el aumento de las emisiones o el mantenimiento de su tasa actual, muy probablemente van a inducir cambios en el sistema climático mayores a los observados en el siglo XX.
En el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC, a través de una serie de escenarios de emisiones futuras, las estimaciones basadas en modelos de la subida del nivel del mar para el final del siglo XII (años 2090-2099, respecto del período 1980-1999) el rango es de 0,18 a 0,59 m. A estas estimaciones, sin embargo, no se les concedió un nivel de riesgo debido a la falta de conocimiento científico. A lo largo de los próximos siglos, el derretimiento de las capas de hielo podría dar lugar a la elevación del nivel del mar de 4-6 metros o más
Se espera que los cambios en el clima a nivel regional sean mayores en las latitudes altas del norte, y menores en el Océano Antártico y partes del Océano Atlántico Norte. Se calcula que disminuyan las zonas cubiertas de nieve y la extensión del hielo en el mar, especialmente en el Ártico, que se espera este en gran parte libre de hielo en septiembre de 2037.La frecuencia de episodios de calor extremo, olas de calor y fuertes precipitaciones aumentará muy probablemente.