Yleisimmät ilmasto -ongelmat ovat ilmaston lämpeneminen ja ilmastonmuutos. Ilmaston lämpeneminen on maapallon epätavallinen lämmitys. Se johtuu pääasiassa kasvihuonekaasujen, kuten hiilidioksidin ja metaanin, noususta maapallon ilmakehään; tämä on kerros, joka koostuu kaasuista ja pilvistä. Ilmastonmuutoksella tarkoitetaan ilmaston muutosten muuttumista, jotka voivat muuttaa maisemia, vaikuttaa yhteisöjen jokapäiväiseen elämään ja aiheuttaa muutoksia viljelykasvussa. Molemmat ilmasto -ongelmat johtuvat monista tekijöistä, vaikka suuri osa tiedeyhteisöstä on syyttänyt pitkälti ihmisen toimintaa.
Asiantuntijat havaitsivat 20 -luvun alussa, että maapallon ilmakehä lämpeni hieman. Tiedeyhteisö arvosteli tätä tapahtumaa aluksi, koska se suojeli maata uuden jääkauden jäätiköiltä. Kuitenkin lämpenemisnopeudesta tuli niin hälyttävä, että tutkijat alkoivat tutkia, miten tämä tapahtuma voitaisiin mahdollisesti pysäyttää tai minimoida.
Luonnollisesti kasvihuonekaasut sieppaavat osan auringon energiasta maapallon ilmakehässä, ilmiötä kutsutaan kasvihuoneilmiöksi. Auringon lyhytaaltoinen säteily voi kulkea näiden kaasujen läpi; nämä kaasut estävät kuitenkin pitkän aallon säteilyn, jonka oletetaan lähettävän takaisin avaruuteen, ja ne jäävät loukkuun maan ilmakehään. Kun ilmakehään päästetään enemmän kasvihuonekaasuja, jää enemmän säteilyä, mikä johtaa ilmasto -ongelmiin, kuten ilmaston lämpenemiseen. Ilmaston lämpeneminen puolestaan luo ilmastonmuutoksen.
Monia vuosia sitten maapallo koki ilmastonmuutoksia, jotka tapahtuivat pitkän ajan kuluessa. Esimerkiksi ilmasto jäähtyi jääkausien aikana, mutta lämpeni jälleen miljoonien vuosien kuluttua. 18 -luvulta lähtien ilmastonmuutos on kuitenkin tapahtunut nopeammin; nämä muutokset ovat vaikuttaneet suuresti maapalloon ja kaikkeen sen päällä, mikä on saanut tutkijat tekemään laajoja tutkimuksia. Ilmastonmuutoksen syitä kaukaisessa menneisyydessä pidetään puhtaasti luonnollisina, kuten tulivuorenpurkauksia ja meteorisia vaikutuksia. Viime vuosien ilmastonmuutos on kuitenkin liittynyt ihmisen toimintaan, kuten tiettyjen maatalouskäytäntöjen kemiallisten yhdisteiden vapautumiseen.
Fossiilit, maaperä, puut ja jäätiköt paljastavat todisteita ilmastonmuutoksesta. Esimerkiksi puiden kasvurengasmallit osoittavat sateiden ja lämpötilan muutoksista. Leveä kasvurengas muodostuu kylmän ilmaston tai riittävän sademäärän aikana; kapea kasvurengas muodostuu lämpimän ilmaston aikana tai kun sateita on vähemmän. Nykyään ilmastonmuutoksen ongelmista ja suuntauksista kirjataan suora näyttö nykyaikaisilla välineillä, kuten satelliiteilla.