Se o aumento da temperatura média se deve a causas naturais ou antropogênicas (provocadas pelo homem) ainda é objeto de alguns debates entre os cientistas, embora muitos meteorologistas e climatólogos tenham recentemente afirmado publicamente que consideram provado que a ação humana realmente está influenciando na ocorrência do fenômeno. O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC), estabelecido pelas Nações Unidas e pela Organização Meteorológica Mundial em 1988, no seu relatório mais recente diz que grande parte do aquecimento observado durante os últimos 50 anos se deve muito provavelmente a um aumento do efeito estufa, causado pelo aumento nas concentrações de gases estufa de origem antropogênica (incluindo, para além do aumento de gases estufa, outras alterações como, por exemplo, as devidas a um maior uso de águas subterrâneas e de solo para a agricultura industrial e a um maior consumo energético e poluição). O consenso cientifico é de que o aquecimento global é antropogénico. A maioria das academias de ciências do mundo fizeram um comunicado conjunto para que acerca do consenso não houvesse duvidas.
Fenômenos naturais tais como variação solar combinados com vulcões provavelmente levaram a um leve efeito de aquecimento de épocas pré-industriais até 1950, mas um efeito de resfriamento a partir dessa data. Essas conclusões básicas foram endorsadas por pelo menos 30 sociedades e comunidades científicas, incluindo todas as academias científicas nacionais dos principais países industrializados. A Associação Americana de Geologistas de Petróleo, e alguns poucos cientistas individuais não concordam em partes.[6] Mangini publicou resultados em que o aumento da radiação solar faz parte do aquecimento global das últimas décadas.
Modelos climáticos referenciados pelo IPCC projetam que as temperaturas globais de superfície provavelmente aumentarão no intervalo entre 1,1 e 6,4 °C entre 1990 e 2100. A variação dos valores reflete no uso de diferentes cenários de futura emissão de gases estufa e resultados de modelos com diferenças na sensibilidade climática. Apesar de que a maioria dos estudos tem seu foco no período de até o ano 2100, espera-se que o aquecimento e o aumento no nível do mar continuem por mais de um milênio, mesmo que os níveis de gases estufa se estabilizem. Isso reflete na grande capacidade calorífica dos oceanos.
Um aumento nas temperaturas globais pode, em contrapartida, causar outras alterações, incluindo aumento no nível do mar e em padrões de precipitação resultando em enchentes e secas. Podem também haver alterações nas freqüências e intensidades de eventos de temperaturas extremas, apesar de ser difícil de relacionar eventos específicos ao aquecimento global. Outros eventos podem incluir alterações na disponibilidade agrícola, recuo glacial, vazão reduzida em rios durante o verão, extinção de espécies e aumento em vetores de doenças.
Incertezas científicas restantes incluem o exato grau da alteração climática prevista para o futuro, e como essas alterações irão variar de região em região ao redor do globo. Existe um debate político e público para se decidir que ação se deve tomar para reduzir ou reverter aquecimento futuro ou para adaptar às suas conseqüências esperadas. A maioria dos governos nacionais assinou e ratificou o Protocolo de Quioto, que visa o combate à emissão de gases estufa.