Masalah iklim yang paling umum adalah pemanasan global dan perubahan iklim. Pemanasan global adalah pemanasan yang tidak biasa dari Bumi. Hal ini sebagian besar disebabkan oleh naiknya gas rumah kaca, seperti karbon dioksida dan metana, ke atmosfer bumi; ini adalah lapisan yang terdiri dari gas dan awan. Perubahan iklim mengacu pada pergeseran unsur-unsur iklim yang dapat mengubah lanskap, mempengaruhi kehidupan sehari-hari masyarakat, dan menyebabkan perubahan dalam pertumbuhan tanaman. Kedua masalah iklim disebabkan oleh banyak faktor, meskipun aktivitas manusia sebagian besar telah disalahkan oleh sebagian besar komunitas ilmiah selama bertahun-tahun.
Pada awal abad ke-20, para ahli mengamati bahwa atmosfer bumi mengalami sedikit pemanasan. Kejadian ini awalnya diapresiasi oleh komunitas ilmiah, mengingat hal itu melindungi bumi dari gletser zaman es baru. Namun, tingkat pemanasan menjadi sangat mengkhawatirkan sehingga para ilmuwan mulai melakukan penelitian tentang bagaimana kejadian ini dapat dihentikan atau diminimalkan.
Secara alami, gas rumah kaca menjebak sebagian energi matahari di atmosfer bumi, sebuah fenomena yang disebut efek rumah kaca. Radiasi gelombang pendek dari matahari dapat melewati gas-gas ini; namun, radiasi gelombang panjang yang seharusnya ditransmisikan kembali ke luar angkasa terhalang oleh gas-gas ini, di mana ia terperangkap di atmosfer bumi. Ketika lebih banyak gas rumah kaca dimasukkan ke atmosfer, lebih banyak radiasi yang terperangkap, yang mengakibatkan masalah iklim seperti pemanasan global. Pemanasan global, pada gilirannya, menciptakan perubahan iklim.
Bertahun-tahun yang lalu, Bumi mengalami perubahan iklim yang terjadi dalam jangka waktu yang lama. Misalnya, iklim menjadi lebih dingin selama zaman es, tetapi menjadi lebih hangat lagi setelah jutaan tahun berlalu. Namun, sejak abad ke-18, perubahan iklim terjadi lebih cepat; perubahan ini telah sangat mempengaruhi Bumi dan segala sesuatu di atasnya, sehingga mendorong para ilmuwan untuk melakukan penelitian ekstensif. Penyebab perubahan iklim di masa lalu dianggap murni alami, seperti letusan gunung berapi dan dampak meteorik. Perubahan iklim dalam beberapa tahun terakhir, bagaimanapun, telah dikaitkan dengan aktivitas manusia, seperti pelepasan senyawa kimia yang digunakan dalam praktik pertanian tertentu.
Fosil, tanah, pohon, dan endapan glasial mengungkapkan bukti tren iklim. Misalnya, pola lingkaran pertumbuhan pohon memberikan bukti pergeseran curah hujan dan suhu. Lingkaran pertumbuhan yang lebar terbentuk selama iklim dingin atau ketika ada curah hujan yang cukup; cincin pertumbuhan sempit terbentuk selama iklim hangat atau ketika curah hujan kurang. Saat ini, bukti langsung dari masalah dan tren iklim direkam menggunakan instrumen modern seperti satelit.