Maapallon historian aikana ilmastossa on ollut hyvin erilaisia vaiheita. Välillä ilmasto on ollut selvästi nykyistä kylmempi. Noina jääkausiaikoina jäätiköt ovat peittäneet laajoja alueita napa-alueiden ulkopuolella. Maapallolla on ollut myös nykyistä lämpimämpiä jaksoja. Esimerkiksi hiilikaudella, 360 - 350 miljoonaa vuotta sitten ilmasto oli hyvin kostea ja lämmin. Noina aikoina vallinneesta runsaasta kasvillisuudesta syntyi suuria kivihiilikerrostumia. Maapallon ilmaston vaihtelu on siis luonnollista. Siihen vaikuttavat monet seikat, kuten maapallon kiertoradan muodon vaihtelu, akselin kaltevuuden vaihtelu, ilmakehän kaasukoostumus ja suuret tulivuorenpurkaukset. Se ilmastonmuutos, joka nyt on käynnissä, ei kuitenkaan ole pelkästään luonnollista vaihtelua. Tämä muutos on ihmistoiminnan aiheuttama, ja aikaisempia ilmastonmuutoksia huomattavasti nopeampi.

Kokonaisuutena maapallon ilmasto on lämpenemässä. 1900-luvun alkuun verrattuna ilmasto on nyt vajaan asteen lämpimämpi. Alueellinen vaihtelu on kuitenkin suurta. Joillakin alueilla ilmasto saattaa kylmetäkin. Sateisuus lisääntyy monilla alueilla, mutta toisilla alueilla kuivuus pahenee. Monet ilmakehän ääri-ilmiöt lisääntyvät. Esimerkiksi trooppisia hirmumyrskyjä syntyy enemmän, kun meret ovat lämpimämpiä. Tulvia aiheuttavia rankkasateita tulee joillakin alueilla. Suomessa on todennäköistä, että lauhat, sateiset talvet yleistyvät.

Katso käyrä maapallon alailmakehän lämpötilan muutoksesta.

Hiilidioksidipitoisuus ja maapallon keskilämpötila-käyrät Wikipediasta.