Vaikka monet pilkkaavat ajatusta siitä, että ilmaston lämpeneminen on jopa tapahtumassa, liittovaltion virastot ovat keränneet tietoja viimeaikaisesta keskimääräisen lämpötilan noususta. Valtion valtamerien ja ilmakehän hallinnon mukaan maan keskimääräiset pintalämpötilat ovat nousseet noin 0,74 celsiusastetta (1,3 astetta Fahrenheit-astetta) 1800-luvun lopusta lähtien. Viimeisten 50 vuoden aikana keskilämpötilat ovat nousseet 0,13 celsiusastetta (0,23 Fahrenheit-astetta) vuosikymmenen aikana - melkein kaksinkertaiset edellisen vuosisadan lämpötiloihin.
Maan lämpötilan säätely
Planeetan lämpötila riippuu planeetalle tulevan ja siitä lähtevän energian ja sen ilmakehän välisestä vakaudesta. Kun aurinkoenergia otetaan sisään, maa lämpenee. Kun aurinkoenergia lähetetään takaisin avaruuteen, maa ei saa lämpöä tuosta energiasta. Tutkijat ovat tunnistaneet kolme ensisijaista tekijää, jotka voivat ajaa planeetan globaaliin tilaan lämpeneminen: kasvihuoneilmiö, auringon säteily maapallolle ja auringon heijastavuus ilmapiiri.
Kasvihuoneilmiö
Kaasut, kuten vesihöyry, hiilidioksidi ja metaani, saavat energiaa suorasta auringonvalosta kulkiessaan ilmakehän läpi. Ne myös hidastavat tai pysäyttävät maapallon lämpösäteilyn avaruuteen. Tällä tavoin kasvihuonekaasut käyttäytyvät kuin eristekerros, mikä tekee planeetasta lämpimämmän kuin se olisi - ilmiö, jota yleensä kutsutaan "kasvihuoneilmiöksi". Teollinen vallankumous 1700-luvun puolivälissä, ihmisen toiminta on lisännyt merkittävästi ilmastonmuutosta vapauttamalla hiilidioksidia ja muita kasvihuonekaasuja ympäristössä. Nämä kaasut ovat kasvattaneet kasvihuoneilmiötä ja aiheuttaneet pintalämpötilan nousun ympäristönsuojeluviraston mukaan. Tärkein ilmastonmuutoksen määrään ja vauhtiin vaikuttava ihmisen toiminta on fossiilisten polttoaineiden polttamisesta aiheutuvat kasvihuonekaasupäästöt.
Aurinkoaktiivisuus
Maapallon lämpeneminen voi johtua myös muutoksista kuinka paljon aurinkoenergiaa saavuttaa Maan. Näihin muutoksiin sisältyy muutoksia aurinkoaktiivisuudessa ja muutoksia maapallon kiertoradalla auringon ympäri. Itse auringossa tapahtuvat muutokset voivat vaikuttaa maapallon pintaan saapuvan auringonvalon voimakkuuteen. Auringonvalon voimakkuus voi johtaa joko lämpenemiseen, voimakkaamman aurinkovoiman jaksoissa, tai jäähtymiseen heikentyneen auringon intensiteetin aikana. Hyvin dokumentoitu viileämmän lämpötilan välinen aika 17. ja 19. vuosisadan välillä, jota kutsutaan pieneksi jääkaudeksi, on saattanut kannustaa matalaan aurinkovaiheeseen vuosina 1645–1715. Myös muutokset maapallon kiertoradalla auringon ympäri ovat liittyneet aikaisempiin jääkauden ja jääkauden kasvusykleihin.
Maan heijastavuus
Kun auringonvalo pääsee maapallolle, se joko heijastuu tai absorboituu ilmakehän ja maapallon tekijöiden mukaan. Vaaleat ominaisuudet ja alueet, kuten lumisade ja pilvet, heijastavat yleensä suurinta osaa auringon säteistä, kun taas tummemmat esineet ja pinnat, kuten valtameri tai lika, ottavat yleensä enemmän auringonvaloa. Maan heijastavuuteen vaikuttavat myös pienet ilmakehän hiukkaset tai nestepisarat, joita kutsutaan aerosoleiksi. Vaaleat, auringonvaloa heijastavat aerosolit, kuten tulivuorenpurkausten roskat tai polttohiilen rikkipäästöt, vaikuttavat jäähdyttävästi. Niillä, jotka imevät auringonvaloa, kuten nokea, on lämmittävä vaikutus. Tulivuoret ovat myös vaikuttaneet heijastuvuuteen päästämällä hiukkasia ilmakehän yläosaan, jotka yleensä heijastavat auringonvaloa takaisin avaruuteen. Metsäkadot, metsien uudistaminen, aavikoituminen ja kaupungistuminen vaikuttavat myös maapallon heijastavuuteen.