O alarme com o aquecimento global deriva, sobretudo, dos resultados das simulações estatísticas feitas com base em modelos numéricos climáticos e não da observação direta da evolução de variáveis físicas reais. Quando a concentração de gases de efeito de estufa é aumentada nessas simulações, quase todas elas mostram um aumento na temperatura global, sobretudo nas mais altas latitudes do Hemisfério Norte. No entanto, os modelos atualmente usados não simulam todos os aspectos do clima e fazem várias previsões erradas para a época actual: nomeadamente, prevêem o dobro do aquecimento que tem sido efetivamente observado e, por exemplo, uma diminuição de pressão no Oceano Índico, uma área muito sensível para o sistema global, quando se observa o contrário. Estudos recentes indicam igualmente que a influência solar poderá ser significativamente maior da que é suposta nos modelos.
Embora se fale de um consenso de uma maioria dos cientistas de que modelos melhores não mudariam a conclusão de que o aquecimento global é sobretudo causado pela ação humana, existe também um certo consenso de que é provável que importantes características climáticas estejam sendo incorretamente incorporadas nos modelos climáticos. De facto, nesses modelos, os parâmetros associados ao efeito de estufa são «afinados» inicialmente de modo a que os modelos forneçam uma estimativa correcta do aumento de temperatura observado nos últimos 100 anos (0.6°-0.7°C). Ou seja, as simulações partem do princípio que é realmente o efeito de estufa que está na origem desse aquecimento. Se houver outras causas naturais desconhecidas para o aquecimento, como as associadas à influência solar e à recuperação desde a Pequena Idade do Gelo, elas não podem ser incluídas na modelação. De facto, os modelos não permitem fazer previsões mas apenas fazer projecções, ou conjecturas, sobre o clima futuro com base em simulações correspondendo a vários cenários possíveis.
A maioria dos modelos climáticos globais, quando usados para projetar o clima no futuro, é forçada por cenários de gases do efeito estufa, geralmente o do Relatório Especial sobre Cenários de Emissçao do IPCC. Menos freqüentemente, os modelos podem ser usados adicionando-se uma simulação do ciclo do carbono; isso geralmente mostra uma resposta positiva, apesar dela ser incerta. Alguns estudos de observação também mostram uma resposta positiva.
São essas limitações dos modelos usados para as previsões, que não têm em conta o desconhecimento actual sobre as causas naturais para as variações da temperatura ocorridas durante os últimos milénios, que fazem com que muitos climatólogos acreditem que a parte do aquecimento global causado pela ação humana é bem menor do que se pensa atualmente.