A menudo se utiliza, en el siglo XXI, el término cambio climático para hacer referencia a las alteraciones actuales en el clima como consecuencia de la actividad humana. Existe un amplio consenso en la comunidad científica acerca de que a lo largo del presente siglo las concentraciones de GEI en la atmósfera contribuirán a que se retenga en la atmósfera una mayor porción de la radiación infrarroja de la Tierra. El resultante calentamiento global tiene consecuencias sobre el resto del sistema climático y puede devenir en un cambio climático abrupto. En este sentido la CMCC (Convención Marco sobre Cambio Climático), base sobre la cual se fundamenta el protocolo de Kioto, en su artículo 1.2, matiza que para propósitos del tratado, el cambio climático es
"un cambio de clima atribuido directa o indirectamente a la actividad humana que altera la composición de la atmósfera mundial y que se suma a la variabilidad natural del clima observada durante períodos de tiempo comparables".
Así, el concepto de calentamiento global en el contexto del siglo XXI se refiere al incremento en las temperaturas medias en el aire y el agua cercanos a la superficie en la segunda mitad del siglo XX y su continuación proyectada. Según el cuarto informe de progreso, publicado por el IPCC en 2007, la temperatura en la superficie se ha elevado en 0,74 °C (± 0,18 °C) a lo largo del siglo XX. La mayor parte del incremento observado se adjudica a las mayores concentraciones de GEI antropógenos, aunque el opacamiento global debido a los aerosoles ha contribuido parcialmente a paliar los efectos.
En el mismo informe el IPCC considera como probable a muy probable que las temperaturas continúen en aumento a lo largo del siglo XXI, entre 1,1°C y 6,4°C. La variabilidad de los datos estimados estriba en la dificultad de calcular emisiones futuras.