Según los científicos, la Tierra se formó hace unos 4.500 millones de años y las condiciones eran muy diferentes de las actuales. En concreto, el clima de la Tierra ha cambiado continuamente a lo largo de la historia, pero sabemos mucho sobre cómo era gracias a las pistas que quedan en las rocas, el hielo y los árboles fósiles. Los científicos han establecido que solo en los últimos 650.000 años se han producido siete ciclos de avance y retroceso de los glaciares (las llamadas «edades de hielo»), y que la última edad de hielo llegó a su fin de forma abrupta hace unos 11.700 años. Este punto de la historia de la Tierra marcó el inicio de la era climática moderna y de la civilización humana. Durante los últimos 11.700 años aproximadamente, el clima de la Tierra ha sido relativamente estable, lo que ha contribuido a la evolución de muchas especies y de la sociedad moderna.

Sin embargo, los cambios climáticos actuales difieren de los del pasado en muchos aspectos: las causas naturales tienen un menor impacto e incluso las variaciones de la actividad solar y de la órbita de la Tierra no pueden explicar totalmente los cambios que vemos hoy en día. Sin duda, las actividades humanas son el principal motor del cambio climático y, en particular, el uso de combustibles fósiles (incluidos el gas natural, el petróleo y el carbón) está sobrecargando actualmente la atmósfera de dióxido de carbono (CO₂), aumentando así el efecto invernadero. Además, otros gases con los mismos efectos, como el metano (CH₄) y el óxido nitroso, se encuentran en niveles récord en la atmósfera. En consecuencia, por un lado, se intensifica el calentamiento global y, por otro, los océanos se vuelven más ácidos al absorber parte de las emisiones de CO₂, lo que altera las condiciones de este delicado ecosistema y amenaza la existencia de muchas especies marinas. Por lo tanto, es imperativo que abordemos el cambio climático y reduzcamos todas las emisiones de efecto invernadero para garantizar nuestra supervivencia y la de todas las demás especies de este planeta.

El efecto invernadero natural es un proceso nativo que se produce desde que la Tierra tiene atmósfera: los gases de la atmósfera, principalmente el dióxido de carbono [CO₂], el metano [CH₂], el óxido nitroso [N₂O], el ozono [O₂] y el vapor de agua [H₂O] (denominados «gases naturales de efecto invernadero») atrapan el calor del sol que calienta la superficie de la Tierra hasta la confortable media de 15 grados Celsius (59 grados Fahrenheit), manteniendo así la vida en este planeta y haciéndolo habitable. Sin este efecto natural, la Tierra sería un planeta helado e inhabitable.

La atmósfera de la Tierra está compuesta aproximadamente por un 78% de nitrógeno, un 21% de oxígeno, un 0,93% de argón, un 0,04% de dióxido de carbono y el 0,03% restante de otros gases. Los gases naturales de efecto invernadero contenidos en la atmósfera terrestre, aunque en concentraciones muy bajas, tienen un impacto fundamental en el clima. De hecho, a diferencia del nitrógeno y el oxígeno, son capaces de absorber la radiación térmica de tal forma que impiden que se disperse en el espacio. La atmósfera terrestre sin estos gases haría que el clima fuera muy frío (al menos 33 °C más frío).

Los volcanes pueden influir en el clima de la Tierra. Durante las erupciones, se liberan a la atmósfera grandes cantidades de gases (incluidas enormes cantidades de CO₂) y cenizas. La ceniza y otras partículas de polvo liberadas caen generalmente con rapidez y tienen poco impacto en el cambio climático, pero una suspensión prolongada en la atmósfera que oscurece la radiación solar entrante provoca un efecto de enfriamiento que puede durar meses o años según la intensidad de la actividad volcánica, mientras que el dióxido de carbono (CO₂), un gas de efecto invernadero, contribuye al calentamiento global.

La «radiación solar» es considerada un requisito previo para la vida en la Tierra, en parte, responsable de algunos cambios climáticos importantes en un pasado lejano. Las llamadas ‘manchas solares’, es decir, puntos oscuros en la superficie del sol, son parámetros muy útiles para medir la actividad solar. Se ha observado que su número varía cada 11 años (el llamado «ciclo de actividad solar de once años») y durante estos ciclos, la actividad solar se intensifica (este periodo se caracteriza por la formación de manchas solares), pero la actividad solar también disminuye como consecuencia de este ciclo. Estas variaciones continuas de la actividad solar influyen en las temperaturas globales y regionales de la Tierra.

Las nubes desempeñan un papel muy importante: dispersan la luz solar y, como resultado, la superficie de la Tierra se calienta menos porque recibe menos radiación. Las nubes también absorben la radiación térmica emitida por la superficie terrestre y luego la devuelven en todas direcciones: parte de esta energía (calor) es retenida, por tanto, por el sistema terrestre.

Las nubes que se forman en la troposfera superior, denominadas «cirros», suelen ser muy finas, por lo que solo protegen a la Tierra de una pequeña parte de la radiación solar entrante. Además, al ser frías, liberan poco calor al espacio, por lo que suelen tener un efecto de calentamiento. Por el contrario, las nubes bajas, normalmente mucho más espesas, siempre tienen un efecto de enfriamiento sobre el clima global medio, porque dispersan gran parte de la radiación solar entrante hacia el espacio. En las condiciones actuales, el efecto de enfriamiento de las nubes es el que prevalece.

La circulación termohalina (a veces también llamada «gran cinta transportadora oceánica») es la parte de la circulación oceánica impulsada por las diferencias de densidad de las corrientes impulsadas por el viento y las mareas (que también están causadas por la gravedad de la luna y el sol). De hecho, la densidad del agua de mar está estrechamente relacionada con la temperatura y la salinidad (de ahí el nombre de «termohalina»). En concreto, la formación de hielo aumenta la salinidad, mientras que la escorrentía y el deshielo la disminuyen. Esta especie de «cinta transportadora» mueve en realidad grandes cantidades de calor, que tienen un impacto significativo en el clima. Si, por ejemplo, la parte atlántica de esta cinta transportadora se detuviera por completo, la temperatura del aire descendería entre 1 y 2 °C de media en el hemisferio norte y hasta 8 °C en la zona situada sobre el Atlántico Norte. Es importante subrayar que las diferencias de salinidad y temperatura, que resultan del calentamiento-enfriamiento de la superficie del mar, también se ven influenciadas por otras condiciones, como los flujos superficiales de agua dulce, incluyendo la evaporación y las precipitaciones.