Cele mai frecvente probleme climatice sunt încălzirea globală și schimbările climatice. Încălzirea globală este încălzirea neobișnuită a Pământului. Este cauzată în principal de creșterea gazelor cu efect de seră, cum ar fi dioxidul de carbon și metanul, în atmosfera Pământului; acesta este stratul compus din gaze și nori. Schimbările climatice se referă la schimbarea elementelor climatice care pot modifica peisajele, pot influența viața de zi cu zi a comunităților și pot provoca schimbări în creșterea culturilor. Ambele probleme climatice sunt cauzate de mulți factori, deși activitățile umane au fost în mare măsură învinuite de o mare parte a comunității științifice de ani de zile.
La începutul secolului al XX-lea, experții au observat că atmosfera Pământului cunoaște o ușoară încălzire. Acest eveniment a fost apreciat inițial de comunitatea științifică, considerând că a protejat pământul de ghețarii unei noi ere glaciare. Rata de încălzire, totuși, a devenit atât de alarmantă încât oamenii de știință au început să efectueze cercetări asupra modului în care acest eveniment ar putea fi oprit sau minimizat.
În mod natural, gazele cu efect de seră captează o parte din energia solară în atmosfera Pământului, un fenomen numit efect de seră. Radiația cu unde scurte de la soare poate trece prin aceste gaze; cu toate acestea, radiația cu unde lungi care se presupune că ar fi transmisă înapoi în spațiul cosmic este blocată de aceste gaze, unde este prinsă în atmosfera Pământului. Atunci când mai multe gaze cu efect de seră sunt introduse în atmosferă, mai multe radiații sunt captate, ceea ce duce la probleme climatice, cum ar fi încălzirea globală. Încălzirea globală, la rândul său, creează schimbări climatice.
Cu mulți ani în urmă, Pământul a experimentat schimbări climatice care au avut loc pe o perioadă lungă de timp. De exemplu, clima a devenit mai rece în timpul erelor glaciare, dar a devenit din nou mai caldă după ce au trecut milioane de ani. Din secolul al XVIII-lea însă, schimbările climatice au avut loc mai rapid; aceste schimbări au afectat foarte mult Pământul și tot ce se află pe el, determinând astfel oamenii de știință să efectueze cercetări ample. Cauzele schimbărilor climatice din trecutul îndepărtat sunt considerate pur naturale, cum ar fi erupțiile vulcanice și impacturile meteorice. Schimbările climatice din ultimii ani au fost însă legate de activitatea umană, cum ar fi eliberarea de compuși chimici utilizați în anumite practici agricole.
Fosilele, solurile, copacii și depozitele glaciare dezvăluie dovezi ale tendințelor climatice. De exemplu, modelele inelelor de creștere ale copacilor oferă dovezi ale schimbărilor în precipitații și temperatură. Un inel larg de creștere se formează în timpul climatului rece sau când există precipitații adecvate; un inel de creștere îngust se formează în timpul climatului cald sau când sunt mai puține precipitații. Astăzi, dovezile directe ale problemelor și tendințelor climatice sunt înregistrate folosind instrumente moderne, cum ar fi sateliții.