Ein wichtiger Erkenntnisweg in den Naturwissenschaften ist es, komplexe Prozesse dadurch zu verstehen, dass man sie in Computermodellen nachbildet. In den vergangenen Jahrzehnten hat die Klimaforschung immer detailliertere Modelle des Klimasystems der Erde entwickelt. Diese haben bereits in den 1970er und 1980er Jahren die derzeit ablaufende Erwärmung korrekt vorhergesagt.

Sowhl interne Schwankungen als auch äußere Einflüsse sind Ursachen von Klimaänderungen.

Seit Beginn der Industrialisierung am Ende des 18. Jahrhunderts, also seit mehr als 200 Jahren, nimmt die Konzentration von Treibhausgasen in der Atmosphäre zu. Bei Kohlendioxid ist die Ursache hauptsächlich das Verbrennen kohlenstoffhaltiger Energieträger, die im Laufe der Erdgeschichte entstanden sind („fossile Energieträger“) — vor allem Kohle, Erdöl und Erdgas. Bei Methan zählen zu den Hauptquellen die intensive Landwirtschaft (insbesondere die Nutztierhaltung) und die Nutzung fossiler Energieträger (unter anderem aus Lecks an Erdgas-Bohrlöchern oder -Leitungen). Auch Lachgas wird vor allem in der Landwirtschaft freigesetzt (beispielsweise durch den Einsatz großer Mengen Kunstdünger).