Η υπερθέρμανση του πλανήτη είναι ένας όρος που χρησιμοποιείται γενικά για να περιγράψει τη μετατόπιση της μέσης θερμοκρασίας της επιφάνειας της Γης από τα μέσα του 20ου αιώνα. Τα αίτια της υπερθέρμανσης του πλανήτη αποτελούν θέμα συζήτησης, αν και υπάρχει σε μεγάλο βαθμό μια συναίνεση μεταξύ της επιστημονικής κοινότητας, η οποία επισημοποιήθηκε σε μια έκθεση της Διακυβερνητικής Επιτροπής για την Κλιματική Αλλαγή, ότι η πλειονότητα της αύξησης της θερμοκρασίας από τα μέσα του 20ου αιώνα προήλθε από ανθρώπινη δραστηριότητα. Πριν από τα μέσα του 20ου αιώνα, οι κύριες αιτίες της υπερθέρμανσης του πλανήτη ήταν φυσικά γεγονότα, όπως η ηφαιστειακή δραστηριότητα και η αυξημένη ηλιακή ακτινοβολία.
Μία από τις κύριες αιτίες της υπερθέρμανσης του πλανήτη είναι η αύξηση ορισμένων αερίων του θερμοκηπίου, τα οποία απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία και παγιδεύουν την θερμική ενέργεια στην ατμόσφαιρα. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι ένα από τα σημαντικότερα αέρια του θερμοκηπίου, ακριβώς πίσω από τους υδρατμούς σε ποσότητα, και τα επίπεδα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα έχουν αυξηθεί σχεδόν κατά 40% από τη Βιομηχανική Επανάσταση. Το διοξείδιο του άνθρακα απελευθερώνεται από τον άνθρωπο σε διάφορα περιβάλλοντα, για παράδειγμα, στις Ηνωμένες Πολιτείες περίπου το 40% των εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα προέρχεται από την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας μέσω της καύσης ορυκτών καυσίμων, ενώ τα αυτοκίνητα ευθύνονται για άλλο 33% των εκπομπών.
Αν και δεν είναι τόσο διαδεδομένο στην ατμόσφαιρα, το μεθάνιο είναι ένα άλλο αέριο του θερμοκηπίου που ευθύνεται για την υπερθέρμανση του πλανήτη. Το μεθάνιο είναι περίπου 20 φορές πιο αποτελεσματικό στην παγίδευση θερμότητας από ό,τι το διοξείδιο του άνθρακα, και κατά τη διάρκεια του περασμένου αιώνα τα επίπεδα μεθανίου έχουν αυξηθεί κατά σχεδόν 150%. Μεγάλη ποσότητα μεθανίου απελευθερώνεται μέσω της παραγωγής ορυκτών καυσίμων και μέσω της μεγάλης κλίμακας παραγωγής βοοειδών. Το μεθάνιο παράγεται επίσης σε ορυζώνες και καθώς η παγκόσμια ζήτηση για ρύζι έχει αυξηθεί, αυτή η μεμονωμένη καλλιέργεια έχει συμβάλει σημαντικά στην παραγωγή μεθανίου.
Ενώ ορισμένες αιτίες της υπερθέρμανσης του πλανήτη μπορεί να συνδέονται άμεσα με μια ανθρώπινη δραστηριότητα, άλλες έρχονται ως καταρρακτώδεις επιπτώσεις. Καθώς η μέση θερμοκρασία του πλανήτη αυξάνεται, ορισμένα συστήματα καταρρέουν και μπορεί να αυξήσουν τον ρυθμό υπερθέρμανσης του πλανήτη. Για παράδειγμα, ένα μεγάλο μέρος του βόρειου γεωγραφικού πλάτους του πλανήτη καλύπτεται από μόνιμο πάγο, ένα είδος συμπαγούς παγωμένου εδάφους. Αυτός ο μόνιμος πάγος έχει λειτουργήσει ως καταβόθρας για πολλά αέρια του θερμοκηπίου, συμπεριλαμβανομένου του διοξειδίου του άνθρακα και του μεθανίου, για δεκάδες χιλιάδες χρόνια, και καθώς οι θερμοκρασίες αυξάνονται, ο μόνιμος πάγος που έχει παγώσει για περισσότερα από 30,000 χρόνια έχει αρχίσει να λιώνει. Εκτός από το να προκαλείται η μετατόπιση του εδάφους με συχνά επικίνδυνους τρόπους, αυτό προκαλεί επίσης την απελευθέρωση των αερίων στην ατμόσφαιρα, επιταχύνοντας περαιτέρω τη διαδικασία της υπερθέρμανσης του πλανήτη.
Άλλες κλιμακωτές αιτίες της υπερθέρμανσης του πλανήτη περιλαμβάνουν το φαινόμενο του ice-albedo και τη μειωμένη απομόνωση από τους ωκεανούς. Καθώς οι θερμοκρασίες αυξάνονται, ο πάγος στον πλανήτη λιώνει, μειώνοντας την ποσότητα της γης υψηλής ανακλαστικής απόδοσης που στο παρελθόν είχε ελαχιστοποιήσει την ηλιακή απορρόφηση και αυξάνοντας τον ρυθμό τήξης. Καθώς οι ωκεανοί θερμαίνονται, η πυκνότητα των θρεπτικών συστατικών μειώνεται, οδηγώντας σε μειωμένους πληθυσμούς διατόμων, γεγονός που με τη σειρά του μειώνει την ικανότητα των ωκεανών να δεσμεύουν άνθρακα. Ενώ υπάρχουν άλλοι μικροί παράγοντες που συμβάλλουν στην υπερθέρμανση του πλανήτη, είναι σε μεγάλο βαθμό η απελευθέρωση διοξειδίου του άνθρακα και μεθανίου στην ατμόσφαιρα που πιστεύεται ότι είναι υπεύθυνη για τη σταθερά επιταχυνόμενη αύξηση της θερμοκρασίας που λαμβάνει χώρα στον πλανήτη.