引起气候变化的原因，既有自然的，也有人为的。在不同时间尺度上影响气候变化的因子是不同的，从千年至万年时间尺度上看，地球轨道参数变化是主要的影响因子；在百年至千年时间尺度上，主要受太阳活动强度变化的影响；在年代际及年际变化上，气候系统内部振荡发挥着相当重要的作用。在工业化革命之前，地球气候变化主要受自然因素的驱动，在工业化革命之后，人类活动的影响逐渐增加。目前，科学界对气候变化的共识是：就近百年的气候变化而言，温室气体的影响非常重要；同时，气候系统内部的相互作用和反馈过程也很重要。
IPCC第四次评估报告指出，20世纪中叶以来大部分的全球平均温度升高很可能（大于90%的可能性）是由于人类活动造成温室气体浓度增加所导致的。人类活动主要是指化石燃料燃烧和毁林等土地利用变化排放的温室气体（主要包括二氧化碳、甲烷和氧化亚氮等）导致大气中温室气体浓度大幅增加，造成温室效应增强，从而引起全球气候变暖。
美国国家海洋和大气管理局（NOAA）发布的最新监测数据显示，全球大气二氧化碳浓度已由工业革命前1750年的约280ppm（ppm为百万分之一）上升到2007年的近383ppm，大大超过了近65万年以来的自然变化范围（180ppm-330ppm）。甲烷和氧化亚氮浓度也超过了近65万年以来的最大值。根据估算，自1750年以来，全球累计排放了10000多亿吨二氧化碳，其中发达国家的排放量约占80%。
当然，不论是对过去气候变化的检测分析，还是对未来气候变化趋势的预估，都还存在着很大的不确定性。产生不确定性的因素很多，如气候系统观测资料序列不够长、空间分布不均，对自然气候变化规律认识的不足，对气候系统内部演变过程和反馈机制还没有充分了解，用于对未来气候变化趋势进行预估的气候数值模式本身的不完善，都是造成目前对气候变化认识不确定性的主要因素。
