O aumento nas temperaturas globais e a nova composição da atmosfera desencadeiam alterações importantes em vários sistemas da Terra. Afetam os mares, provocando a elevação do seu nível e mudanças nas correntes marinhas e na composição química da água, verificando-se acidificação, dessalinização e desoxigenação. Prevê-se uma importante alteração em todos os ecossistemas marinhos, com impactos na sociedade humana em larga escala. Afetam irregularmente o regime de chuvas, produzindo enchentes e secas mais graves e frequentes; tendem a aumentar a frequência e a intensidade de ciclones tropicais e outros eventos meteorológicos extremos como as ondas de calor e de frio; devem provocar a extinção de grande número de espécies e desestruturar ecossistemas em larga escala, e gerar por consequência problemas sérios para a produção de alimentos, o suprimento de água e a produção de bens diversos para a humanidade, benefícios que dependem da estabilidade do clima e da integridade de sua biodiversidade. O aquecimento e as suas consequências serão diferentes de região para região. A natureza destas variações regionais ainda é difícil de determinar de maneira exata, mas sabe-se que nenhuma região do mundo será poupada de mudanças, e muitas serão penalizadas pesadamente, especialmente as mais pobres e com menos recursos para adaptação. O Ártico é a região que está aquecendo mais rápido, verificando-se progressivo derretimento do permafrost e do gelo marinho, temperaturas recorde, secas mais intensas e profunda modificação em seus biomas, com desaparecimento de espécies nativas e invasões em massa por espécies exóticas. Geleiras de montanha em todo o planeta estão também em recuo acelerado, modificando seus respectivos ecossistemas e reduzindo a disponibilidade de água potável. Mesmo que as emissões de gases estufa cessem imediatamente, a temperatura continuará a subir por mais algumas décadas, pois o efeito dos gases demora até se manifestar totalmente em escala global. É evidente que a mitigação (mudança para um modelo econômico de baixa emissão) não acontecerá de imediato, por isso haverá necessidade de adaptação às consequências do aquecimento. Uma vez que as consequências serão tão mais graves quanto maiores as emissões de gases estufa, é importante que se inicie a diminuição destas emissões o mais rápido possível, a fim de minimizar os impactos sobre esta e as futuras gerações.

A Organização das Nações Unidas publica um relatório periódico sintetizando os estudos feitos sobre o aquecimento global em todo o mundo, através do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC). Estes estudos têm, por motivos práticos, um alcance de tempo até o ano de 2100. Todavia, já se sabe também que o aquecimento e suas consequências deverão continuar por séculos adiante, e algumas consequências, graves, serão irreversíveis dentro dos horizontes da atual civilização. Os governos do mundo em geral trabalham hoje para evitar uma elevação da temperatura média acima de 2 °C, considerada o máximo tolerável antes de se produzirem efeitos globais em escala catastrófica. Num cenário de elevação de 3,5 °C a União Internacional para a Conservação da Natureza e dos Recursos Naturais (IUCN) prevê a extinção provável de até 70% de todas as espécies hoje existentes. Se a elevação chegar ao extremo de 6,4 °C, que não está descartada, e de fato a cada dia parece se tornar mais plausível, pode-se prever sem dúvidas mudanças ambientais em todo o planeta em escala tal que comprometerão irremediavelmente a maior parte de toda a vida na Terra e desintegrarão os governos nacionais devido a causas múltiplas combinadas, como a fome, epidemias e o esgotamento em larga escala dos recursos naturais, levando a civilização como hoje a conhecemos ao colapso. Se considerarmos o futuro para além do limite de 2100, admitindo a queima de todas as reservas conhecidas de combustíveis fósseis, projeta-se aquecimento dos continentes de até 20 °C, "eliminando a produção de grãos em quase todas as regiões agrícolas do mundo", e criando um planeta "praticamente inabitável". Tal perspectiva é hoje plausível, uma vez que não há qualquer ímpeto popular ou político no sentido de se deixar intocadas as reservas ainda inexploradas. Pelo contrário, as pesquisas para utilizar hidrocarbonetos antes inviáveis, como as areias betuminosas do Canadá, as jazidas de petróleo do Ártico e o fraturamento hidráulico, propiciam a criação de novas fontes de gases estufa.