thumb|right|350px|Viiden asteen lämpenemisellä on todennäköisesti laajamittaisia vaikutuksia, IPCC arvioi kolmannessa arviointiraportissaan. Neljännessä arviointiraportissaan IPCC arvioi lämpötilan nousevan 1,8–4,5 °C vuoteen 2100 mennessä.
Ilmaston lämpenemisellä on monenlaisia ympäristöön ja ihmiselämään kohdistuvia vaikutuksia. Ilmastonmuutoksen väitetään johtuvan pääasiassa ihmisen aiheuttamista kasvihuonekaasupäästöistä ja näkyy kohonneina pintalämpötiloina, merenpinnan nousuna ja pohjoisen pallonpuoliskon hupenevina jääpeitteinä, joskaan näistä ilmiöistä ei ole vielä riittävästi luotettavaa empiiristä aineistoa. Oletetusta ilmaston lämpenemisestä uskotaan seuraavan merenpinnan nousua, sadannan ja maanviljelyn muutoksia, jäätikköjen perääntymistä, Arktisen mannerjään kutistumista ja merijään repeytymistä. Lämpenemisen välillisinä ja alueellisina vaikutuksina puolestaan pidetään äärimmäisten sääilmiöiden lisääntymistä ja voimistumista, tartuntatautien leviämistä, kausittaisen ilmastoilmiöiden ajoituksessa tapahtuvia muutoksia, lajien sukupuuttoja sekä merkittäviä talousvaikutuksia. Lämpeneminen myös aiheuttaa lisää lämpenemistä. Lisäksi ilmaston lämpeneminen voi johtaa laajamittaisiin ja mahdollisesti peruuttamattomiin maailmanlaajuisiin vaikutuksiin, jollaisia olisivat esimerkiksi napajäätiköiden kutistuminen, merenpinnan mittava nousu, valtamerien vesikierron muutokset sekä eliölajien laajamittaiset sukupuutot.IPCC AR4, Osa 2
Vaikutukset vaihtelevat alueittain. Kohtalaisella 1–3 °C lämpenemisellä oletetaan olevan hyötyjä joillekin alueille ja haittoja taas toisille. Voimakkaammalla lämpenemisellä uskotaan olevan haitallinen kokonaisvaikutus kaikilla alueilla. Erityisesti haitat kohdistuvat köyhiin alueisiin ja kehitysmaihin.
Kasvava huolestuneisuus vaikutuksista on synnyttänyt ja voimistanut ilmastopoliittiseen keskusteluun osallistuvia kansalaisliikkeitä sekä käynnistänyt poliittisia prosesseja ilmaston lämpenemisen hillitsemiseksi ja siihen sopeutumiseksi. Hallitustenvälisen ilmastopaneelin IPCC:n neljäs arviointiraportti vuodelta 2007 sisältää yhteenvedon ilmaston lämpenemisen odotetuista ja todennäköisistä vaikutuksista. Tunnettu yhdysvaltalainen tiedelaitos Massachusetts Institute of Technology (MIT) julkisti toukokuussa 2009 uuden arvion maapallon ilmaston lämpenemisestä tällä vuosisadalla. MIT:n ennuste on katastrofaalinen, planeetan keskilämpötila nousisi 3,5–7,4 astetta. Vielä vuonna 2003 MIT arvioi lämpenemisen jäävän 2,4 asteeseen.
MIT huomautti, että uusinkin lämpenemisarvio voi olla liian pieni, sillä siinä ei mahdollisesti oteta tarpeeksi huomioon kasvihuoneilmiön itseään kiihdyttävää ominaisuutta. Esimerkiksi napa-alueiden ikiroudassa olleiden soiden laajamittainen sulaminen vapauttaisi ilmakehään niin paljon metaania, että se kiihdyttäisi lämpenemistä entisestään.
Viimeaikaiset tutkimukset vuosilta 2012 ja 2013 ovat kuitenkin pienentäneet arviota lämpenemisestä selvästi . Naturessa vuonna 2013 julkaistu tutkimus arvioi lämpenemiseksi enää 1,3 astetta hiilidioksidin määrän noustessa kaksinkertaiseksi.
IPCC:n tuoreimman raportin (AR5) mukaan eri menetelmin ja eri oletuksin tehdyt tutkimukset ovat päätyneet samaan johtopäätökseen: ilmastonmuutoksen kokonaisvaikutus ihmisen hyvinvointiin on "pientä verrattuna talouskasvuun". Maailman ilmatieteen järjestön pääsihteeri Petteri Taalaksen mukaan on silti halvempaa torjua ilmastonmuutosta kuin sietää se. Tärkeintä on päästä eroon fossiilisista polttoaineista: kun voimala tai auto vanhenee, se voidaan korvata päästöttömällä.
Lämpenemisen määrä Pariisin ilmastokokouksessa 2015 sitoutui 127 maata rajoittamaan maapallon lämpenemisen 1,5 asteeseen esiteollisesta ajasta. Maiden Glasgow'n ilmastokokouksessa 2021 julistamat toimet rajoittaisivat lämpenemisen 1,8 asteeseen, mutta ei ole varmuutta, toteuttavatko maat lupauksensa. Toisaalta 1,5 astettakin on mahdollista saavuttaa kolminkertaistamalla uusiutuvien energianlähteiden kapasiteetti vuoteen 2030 mennessä vuoden 2023 tasosta, parantamalla energiatehokkuutta ja lisäämällä ydinvoimaa. Kolme viikkoa ennen kokousta IEA oli laskenut, että maakohtaiset sitoumukset johtaisivat 2,1 asteen lämpenemiseen ja pelkästään jo ilmoitettujen toimien toteuttaminen 2,6 asteen lämpenemiseen, mutta sen jälkeen tuli useita lupauksia uusista toimista, mikä johti 1,8 asteen arvioon. Osa niistä on arveluttavia, koska Venäjä ja Saudi-Arabia eivät esittäneet minkäänlaisia välitavoitteita vuoden 2060 hiilineutraaliuksilleen. Kyseessä voi olla "vihreä valeasu", jonka takana jatketaan entistä hiilipolitiikkaa.
Lämpenemisen voimistuminen
Maapalloa suoraan lämmittäviä tai viilentäviä tekijöitä, kuten auringon aktiivisuutta, vulkaanisia päästöjä, muutoksia maan kiertoradassa ja kasvihuonekaasuja kutsutaan säteilypakotteiksi. Mikään pakotevaikutus ei ole välitön, vaan vaikutukset ilmenevät hitaasti pitkällä aikajänteellä. Vaikka kasvihuonekaasujen pitoisuudet pysyisivät nykytasolla, ilmasto luultavimmin lämpenisi edelleen 0,5 °C ja merenpinta jatkaisi nousuaan yli tuhannen vuoden ajan.
Eräs hidas pakotevaikutus on meren ja ilmakehän välinen lämmönsiirto, jonka järkkyessä osa ilmastojärjestelmästä lämpenee nopeammin kuin toinen. Esimerkiksi meret ja jääalueet varastoivat lämpöä merkittävästi ilmakehää hitaammin. Voi kestää kymmenentuhatta vuotta, ennen kuin merten ja ilmakehän välinen lämmönsiirto saavuttaa tasapainon ja merien lämpenemisestä aiheutuvat merenpinnan nousu ja napajäiden sulaminen lakkaavat.
Ilmastomallien perusteella lämpeneminen on voimakkaampaa arktisilla alueilla kuin tropiikissa. Koko maailma ei lämpene tasatahtisesti, vaan lämpeneminen on epätasaista johtuen muun muassa meri- ja ilmavirroista, maa- ja merimassojen jakautumisesta sekä paikallisista ilmastoista. Vaikka ennusteet lupaavat voimakasta lämpenemistä maailmanlaajuisesti, ei yksittäisiä paikallisia kylmenemisiä voida sulkea pois.
Palautekytkennät
Yksi ilmaston lämpenemisen keskeisimmistä vaikutuksista on lämpenemisen voimistuminen. Lämpeneminen voimistaa itseään muun muassa edistämällä luonnollisten kasvihuonekaasujen vapautumista maaperästä ja meristä.
Lämpötilaa muuttavilla pakotetekijöillä on seurannaisvaikutuksia eli palautekytkentöjä, jotka monimutkaistavat pakotetekijöiden suoria vaikutuksia ilmastoon.
Yksi korostetuimmista palautekytkennöistä liittyy veden höyrystymiseen. Ilmakehään vapautettu hiilidioksidi aiheuttaa ilmakehän ja maanpinnan lämpenemistä, mistä seuraa, että ilmakehään haihtuu lisää vettä höyryksi. Koska vesihöyry itsessään toimii kasvihuonekaasuna, tästä seuraa edelleen lisää lämpenemistä ja vesihöyryn vapautumista ilmakehään. Näin jatkuu, kunnes ilmasto saavuttaa uuden dynaamisen tasapainon, jossa kasvihuoneilmiö on kohonneen vesihöyrypitoisuuden vaikutuksen johdosta paljon voimakkaampi kuin mitä kohonneesta hiilidioksidipitoisuudesta yksin seuraisi. Tämä vaikutus on peruutettavissa ainoastaan hitaasti johtuen hiilidioksidin pitkästä eliniästä ilmakehässä.
Pilvistä johtuvat palautekytkennät ovat meneillään olevan tutkimuksen ja keskustelun aihe. Pilvet säteilevät lämpöä takaisin maanpinnalle aiheuttaen lämmittävän vaikutuksen, mutta samalla heijastavat auringonvaloa ja säteilevät lämpöä avaruuteen aiheuttaen viilentävän vaikutuksen. Kasvanut vesihöyrypitoisuus saattaa aiheuttaa tai olla aiheuttamatta lisäystä maailman pilvipeitossa. Eri pilvityypeillä on erilainen vaikutus lämpötilaan. Pilvien nettovaikutusta ei ole perusteellisesti mallinnettu, mutta se on merkittävin tekijä heti vesihöyryn jälkeen ja se on positiivinen kaikissa IPCC:n neljänteen arviointiraporttiin osallistuneissa malleissa.
Toinen tärkeä palautekytkentä on jään albedo eli heijastavuus. Ilmaston lämmetessä sulavien jäätikköjen alta paljastuu maata tai vesialueita. Sekä maan että veden albedo on matalampi kuin jään, eli ne heijastavat auringon säteilyä vähemmän ja imevät sitä itseensä enemmän. Tämä aiheuttaa lisää lämpenemistä, mikä puolestaan aiheuttaa lisää jäätikköjen sulamista, ja niin edelleen.
Ikiroudan sulamisesta ilmakehään vapautuvat hiilidioksidi ja metaani toimivat lämpenemistä aiheuttavana positiivisena palautekytkentänä. Esimerkiksi Siperian turvesoiden ikiroudan sulamisesta voi aiheutua jopa 70 000 miljoonan tonnin metaanipäästöt. Merijään sulaessa vapautuva metaani on mahdollinen positiivinen palautekytkentä. Lisäksi merien kyvyn säilöä hiiltä odotetaan laskevan lämpenemisestä aiheutuvan eliötasapainon muuttumisen myötä. Vuosisadan puoleenväliin mennessä ekosysteemien kyky sitoa hiiltä saavuttaa huippunsa ja lähtee laskuun, voimistaen ilmaston lämpenemistä.
Äärimmäiset sääilmiöt thumb|220px|Rajuilma
Riski kuolla sään ääri-ilmiöihin putosi globaalisti 99 % vuosina 1920-2020. Sään ääri-ilmiöiden aiheuttamat kustannukset vähenivät 26 % vuosina 1992-2020, koska niitä osataan torjua yhä paremmin. Hurrikaanien kustannukset puolittunevat vuoteen 2100 mennessä. Jos ilmastonmuutokseen ei puututa, se aiheuttaa kustannukset, jotka ovat arviolta 3,6 % globaalista BKT:sta. Elsevierin lehdessä julkaistun tutkimuksen mukaan ilmastonmuutoksen radikaali lieventäminen maksaisi hyötyjään enemmän ja optimaalinen politiikka vähän pienentäisi ilmastonmuutosta hiiliveroilla.
Sadekausien, tulvien ja monien muiden äärimmäisten sääilmiöiden ennustetaan yleistyvän ja voimistuvan ja niiden vaikutusalueen ja keston laajenevan ilmaston lämpenemisen myötä. WMO:n mukaan sään ääri-ilmiöt eivät kuitenkaan ole vielä määrällisesti tai voimakkuudeltaan lisääntyneet, vaan ääri-ilmiöiden vaikutukset ovat lisääntyneet muiden tekijöiden vuoksi. Tärkeimpinä tekijöinä ovat väkiluvun kasvu ja siitä johtuva ihmisten asuminen yhä katastrofiherkemmillä alueilla .
USA:ssa kuivuuskausi vuonna 1988 oli pahin sitten 1930-luvun. Vähintään F1-tason tornadoja on havaittu vuosittain noin 300–900 kappaletta vuosina 1954–2012. Tornadoiden kokonaismäärässä ei tuolta ajalta ole havaittavissa trendiä. Voimakkaiden tornadoiden (F5+) määrä on 1970-luvun jälkeen laskenut merkittävästi
Ennusteiden mukaan trooppisten hirmumyrskyjen määrä kaksinkertaistuu, jos maan keskilämpötila nousee viisi astetta. Syy tähän on yksinkertainen: Mitä korkeammaksi lämpötilat nousevat, sitä enemmän syntyy ylöspäin nousevia ja pyörremyrskyiksi muuttuvia ilmanvirtauksia, sillä trooppinen hirmumyrsky ei voi syntyä, jos valtameren pintavesi ei ole vähintään 27 °C lämmintä..
Atlantin Hurrikaaninen lukumäärä on kuitenkin pysynyt viimeisen vuosisadan hyvin tasaisena, eikä hurrikaanien voimakkuudessa tai määrässä ole havaittavissa muutoksia. Viimeinen vähintään luokan 3 maalle asti saapunut Hurrikaani on Wilma vuodelta 2005. Wilmasta on alkanut mittaushistoriassa ainutlaatuisen pitkä tauko, jona aikana yksikään voimakas Hurrikaani ei ole osunut mantereelle.
Muutokset ekosysteemeissä
Lumipeitteiden vetäytymisellä, jäätikköjen sulamisella, merenpinnan nousulla ja vesistöjen lämpenemisellä on mittavia vaikutuksia ekosysteemeihin. Ekosysteemien rakenteissa ja toiminnoissa sekä lajien vuorovaikutuksessa ja alueissa on odotettavissa merkittäviä, biodiversiteetin sekä veden- ja ruoantuotannon kannalta pääosin haitallisia muutoksia.
Yksittäisiin lajeihin kohdistuvat vaikutukset voivat heijastua edelleen kokonaisiin ravintoketjuihin. Esimerkiksi merien happamoitumisen odotetaan vahingoittavan merten kuorellisia organismeja ja niistä riippuvaisia lajeja. Ilmastonmuutos vaikuttaa myös lajien välisiin vuorovaikutussuhteisiin ja saattaa niiden kautta esimerkiksi heikentää lajien mahdollisuutta seurata ilmastollisesti otollisia olosuhteita. Lukuisten ekosysteemien muutoksensietokyky on vaarassa ylittyä tämän vuosisadan aikana ilmaston lämpenemisen, lämpenemisestä aiheutuvien vaikutusten sekä ihmisen muun toiminnan seurauksena. IPCC arvioi otoksen perusteella, että 20–30 % kasvi- ja eläinlajeista on vaarassa kuolla sukupuuttoon, mikäli maapallon keskilämpötila nousee 1,5–2,5 °C.