Najčešći klimatski problemi su globalno zatopljenje i klimatske promjene. Globalno zagrijavanje je neobično zagrijavanje Zemlje. Ponajviše je uzrokovan porastom stakleničkih plinova, kao što su ugljični dioksid i metan, u Zemljinu atmosferu; ovo je sloj sastavljen od plinova i oblaka. Klimatske promjene odnose se na promjenu elemenata klime koji mogu promijeniti krajolike, utjecati na svakodnevni život zajednica i uzrokovati promjene u rastu usjeva. Oba klimatska problema uzrokovana su mnogim čimbenicima, iako je velik dio znanstvene zajednice već godinama kriv za ljudske aktivnosti.
Početkom 20. stoljeća stručnjaci su primijetili da je Zemljina atmosfera doživjela lagano zagrijavanje. Ovu je pojavu u početku cijenila znanstvena zajednica, s obzirom da je štitila zemlju od ledenjaka novog ledenog doba. Stopa zagrijavanja, međutim, postala je toliko alarmantna da su znanstvenici počeli provoditi istraživanja o tome kako bi se ova pojava mogla zaustaviti ili svesti na minimum.
Naravno, staklenički plinovi zarobljavaju dio sunčeve energije u Zemljinoj atmosferi, što je fenomen koji se naziva efekt staklenika. Kratkovalno zračenje sunca može proći kroz te plinove; međutim, dugovalno zračenje koje bi se trebalo prenositi natrag u svemir blokirano je tim plinovima, gdje biva zarobljeno u Zemljinoj atmosferi. Kada se više stakleničkih plinova unese u atmosferu, više radijacije ostaje zarobljeno, što rezultira klimatskim problemima kao što je globalno zatopljenje. Globalno zatopljenje, zauzvrat, stvara klimatske promjene.
Prije mnogo godina, Zemlja je doživjela promjene klime koje su se događale tijekom dugog razdoblja. Na primjer, klima je postala hladnija tijekom ledenih doba, ali je ponovno postala toplija nakon što su prošli milijuni godina. Od 18. stoljeća, međutim, klimatske promjene su se događale brže; te su promjene uvelike utjecale na Zemlju i sve na njoj, potaknuvši tako znanstvenike na opsežna istraživanja. Uzroci klimatskih promjena u dalekoj prošlosti smatraju se čisto prirodnim, kao što su vulkanske erupcije i meteorski udari. Međutim, klimatske promjene posljednjih godina povezane su s ljudskim aktivnostima, kao što je oslobađanje kemijskih spojeva koji se koriste u određenim poljoprivrednim praksama.
Fosili, tla, drveće i glacijalne naslage otkrivaju dokaze klimatskih trendova. Na primjer, obrasci prstenova rasta drveća pružaju dokaz o promjenama padalina i temperature. Široki prsten rasta formira se tijekom hladne klime ili kada ima dovoljno oborina; uski prsten rasta nastaje tijekom tople klime ili kada ima manje padalina. Danas se izravni dokazi klimatskih problema i trendova bilježe pomoću suvremenih instrumenata kao što su sateliti.