氣候系統變化的原因很多，可以歸納為兩大類:自然氣候波動和人類活動的影響。前者包括太陽輻射變化、火山爆發等。後者包括人類燃燒化石燃料和砍伐森林導致的大氣中溫室氣體濃度增加、硫化物氣溶膠濃度變化、土地覆被和土地利用變化等。自然因素和氣候變率:氣候系統的所有能量基本上都來自太陽，所以太陽能輸出的變化被認為是導致氣候變化的輻射力，也就是說太陽輻射的變化是引起氣候系統變化的外因。太陽輻射變化的另壹個原因是地球軌道的變化。地球圍繞太陽的軌道有三個規律性的變化。第壹，橢圓地球軌道的偏心率(長軸與短軸之比)以654.38+百萬年為周期變化；第二，地球自轉軸相對於地球軌道的傾角從21.6°到24.5°不等，周期為41，000年；三是離太陽最近的近日點時間的年變化，即近日點時間在壹年的不同月份發生變化，其周期約為23000年。
另壹個影響氣候變化的自然因素是火山爆發。火山爆發後，大量硫化物氣溶膠和塵埃被噴向天空，可達平流層高度。它們可以顯著反射太陽輻射，從而冷卻其下方的大氣。人類活動加劇了氣候系統的變化過程。人類活動導致的全球氣候變化主要包括人類燃燒化石燃料、硫化物氣溶膠濃度變化、土地覆被和土地利用變化(如森林砍伐導致大氣中溫室氣體濃度增加)。人類活動排放的溫室氣體有六種，分別是二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、壹氧化二氮(N2O)、氫氟碳化合物(HFCS)、全氟化碳(PFCS)和六氟化硫(SF6)，其中二氧化碳對氣候變化的影響最大。它的變暖效應占所有溫室氣體的63%。而且在大氣中的滯留期很長，可達200年，而且是充分混合的，所以最受關註。溫室氣體的增加主要通過溫室效應影響或變暖全球氣候。地球表面的平均溫度完全取決於輻射平衡，溫室氣體可以吸收地表輻射的部分熱輻射，從而造成地球大氣變暖。也就是說，這些溫室氣體就像壹床覆蓋在地表的被子，被子的表面比裏面和外面更冷，這樣地表輻射就不會暢通無阻地發射到太空中；所以地表比沒有這些溫室氣體時要溫暖。
1750以來，由於人類活動的影響，二氧化碳、甲烷、氧化亞氮等全球大氣溫室氣體濃度顯著增加。2005年全球大氣CO2濃度為379ppm，已遠遠超過冰芯記錄的工業化前65萬年以來的自然變化濃度範圍，是65萬年以來的最高值。根據各種研究結果證實，過去50年觀測到的全球平均氣溫升高，大部分很可能是由人類溫室氣體濃度升高引起的。