De vanligaste klimatproblemen är global uppvärmning och klimatförändringar. Global uppvärmning är den ovanliga uppvärmningen av jorden. Det orsakas främst av ökningen av växthusgaser, såsom koldioxid och metan, i jordens atmosfär; detta är skiktet som består av gaser och moln. Klimatförändringar hänvisar till förändringar i klimatelementen som kan förändra landskap, påverka samhällens dagliga liv och orsaka förändringar i tillväxten av grödor. Båda klimatproblemen orsakas av många faktorer, även om mänskliga aktiviteter till stor del har fått skulden av stora delar av forskarvärlden i flera år.
I början av 20-talet observerade experter att jordens atmosfär upplevde en lätt uppvärmning. Denna händelse uppskattades till en början av forskarsamhället, med tanke på att den skyddade jorden mot glaciärerna i en ny istid. Uppvärmningshastigheten blev dock så alarmerande att forskare började forska om hur denna händelse eventuellt skulle kunna stoppas eller minimeras.
Naturligtvis fångar växthusgaser en del av solens energi i jordens atmosfär, ett fenomen som kallas växthuseffekten. Kortvågsstrålning från solen kan passera genom dessa gaser; långvågig strålning som är tänkt att överföras tillbaka till yttre rymden blockeras dock av dessa gaser, där den fastnar i jordens atmosfär. När fler växthusgaser förs in i atmosfären fångas mer strålning in, vilket resulterar i klimatproblem som global uppvärmning. Den globala uppvärmningen skapar i sin tur klimatförändringar.
För många år sedan upplevde jorden förändringar i klimatet som skedde under en lång period. Till exempel blev klimatet svalare under istiderna, men blev varmare igen efter att miljoner år hade gått. Sedan 18-talet har klimatförändringarna dock skett snabbare; dessa förändringar har i hög grad påverkat jorden och allt på den, vilket har fått forskare att bedriva omfattande forskning. Orsakerna till klimatförändringar i det avlägsna förflutna anses vara rent naturliga, såsom vulkanutbrott och meteoriska effekter. Klimatförändringarna under de senaste åren har dock kopplats till mänsklig aktivitet, såsom utsläpp av kemiska föreningar som används i vissa jordbruksmetoder.
Fossiler, jordar, träd och glaciala avlagringar avslöjar bevis på klimattrender. Till exempel ger trädens tillväxtringmönster bevis på förändringar i nederbörd och temperatur. En bred växtring bildas under kallt klimat eller när det finns tillräckligt med regn; en smal växtring bildas under varmt klimat eller när det faller mindre nederbörd. Idag registreras direkta bevis på klimatproblem och trender med hjälp av moderna instrument som satelliter.