Los problemas climáticos más comunes son el calentamiento global y el cambio climático. El calentamiento global es el calentamiento inusual de la Tierra. Es causado principalmente por el aumento de gases de efecto invernadero, como dióxido de carbono y metano, en la atmósfera de la Tierra; esta es la capa compuesta por gases y nubes. El cambio climático se refiere al cambio en los elementos del clima que pueden alterar los paisajes, influir en la vida cotidiana de las comunidades y provocar cambios en el crecimiento de los cultivos. Ambos problemas climáticos son causados por muchos factores, aunque durante años gran parte de la comunidad científica ha culpado en gran medida a las actividades humanas.
A principios del siglo XX, los expertos observaron que la atmósfera de la Tierra estaba experimentando un ligero calentamiento. Este hecho fue inicialmente apreciado por la comunidad científica, considerando que protegía a la tierra contra los glaciares de una nueva era glacial. Sin embargo, la tasa de calentamiento se volvió tan alarmante que los científicos comenzaron a investigar cómo se podría detener o minimizar esta ocurrencia.
Naturalmente, los gases de efecto invernadero atrapan parte de la energía del sol en la atmósfera de la Tierra, un fenómeno llamado efecto invernadero. La radiación de onda corta del sol puede atravesar estos gases; sin embargo, estos gases bloquean la radiación de onda larga que se supone se transmite de regreso al espacio exterior, donde queda atrapada en la atmósfera de la Tierra. Cuando se introducen más gases de efecto invernadero en la atmósfera, se atrapa más radiación, lo que genera problemas climáticos como el calentamiento global. El calentamiento global, a su vez, crea el cambio climático.
Hace muchos años, la Tierra experimentó cambios en el clima que ocurrieron durante un largo período. Por ejemplo, el clima se volvió más frío durante las edades de hielo, pero se volvió más cálido de nuevo después de que habían pasado millones de años. Sin embargo, desde el siglo XVIII, los cambios climáticos se han producido con mayor rapidez; estos cambios han afectado enormemente a la Tierra y todo lo que hay en ella, lo que ha llevado a los científicos a realizar una investigación exhaustiva. Las causas del cambio climático en el pasado distante se consideran puramente naturales, como las erupciones volcánicas y los impactos meteóricos. Sin embargo, el cambio climático de los últimos años se ha relacionado con la actividad humana, como la liberación de compuestos químicos utilizados en determinadas prácticas agrícolas.
Los fósiles, suelos, árboles y depósitos glaciares revelan evidencia de las tendencias climáticas. Por ejemplo, los patrones de anillos de crecimiento de los árboles proporcionan evidencia de cambios en la lluvia y la temperatura. Se forma un amplio anillo de crecimiento durante el clima frío o cuando hay lluvias adecuadas; se forma un anillo de crecimiento estrecho durante el clima cálido o cuando hay menos precipitaciones. Hoy en día, la evidencia directa de los problemas y las tendencias climáticas se registra utilizando instrumentos modernos como los satélites.