שינויי האקלים והשפעותיו הם רב-קנה מידה, רב-כיווני ורב-מישורי, עם השפעות חיוביות ושליליות זה על זה, אך ההשפעות השליליות מדאיגות יותר. התחממות כדור הארץ השפיעה על המערכות האקולוגיות הטבעיות באזורים רבים, כגון אקלים חריג, עליית פני הים, נסיגת קרחונים, המסת אדמה קפואה, הקפאה מאוחרת והפשרה מוקדמת של קרח נהר (אגם), עונות גידול ממושכות בקווי רוחב בינוניים עד גבוהים, החי והצומח טווח ההפצה משתרע לאזורי קוטב ואזורים בגובה רב, מספר בעלי החיים והצמחים מסוימים פוחת ותקופת הפריחה של כמה צמחים מתקדמים וכן הלאה.
אדי מים הוא גז החממה הגדול ביותר, שהוא כמעט שני סדרי גודל גבוהים יותר מפחמן דו חמצני. עם זאת, הוא מושפע מאוד על ידי גובה וקו רוחב, והוא מושפע מאוד על ידי מים ואקלים מונסון. יחסית: האקלים האוקיאני עם לחות מוחלטת גבוהה מושפע גז החדר הרטוב המשתחרר באופן מלאכותי אין השפעה ברורה, ואזורים עם לחות מוחלטת נמוכה יותר כגון גבהים גבוהים יותר, קווי רוחב גבוהים ואזורים צחיחים מושפעים יותר על ידי גזי חממה מלאכותיים. לדוגמה, הרי טיאנשאן בסין ממוקמים באזורים יבשתיים בגובה רב, וקו השלג עלה באופן משמעותי. בארצות הברית, באירופה ובאזורים אחרים, הלחות גבוהה יחסית וגזי החממה המלאכותיים מאיצים את הסעה של אדי מים וגורמים למזג אוויר קיצוני בטמפרטורה נמוכה וגבוהה. ללא השפעת אדי מים, גזי חממה מלאכותיים בדרך כלל יגרמו לעליית הטמפרטורה, אך נוכחות אדי מים מגבירה את המערבולת האטמוספרית והאקלים נוטה לקיצוניות.
הסוכנות האמריקאית להגנת הסביבה קבעה כי פחמן דו-חמצני וגזי חממה אחרים הם מזהמי אוויר ש"מסכנים את בריאות הציבור ואת רווחת האדם". פליטות אנושיות בקנה מידה גדול של גזי חממה מספיקות כדי לעורר התחממות גלובלית ושינויי אקלים אחרים.