ka|jmpl|280x280px|Hasil pengukuran ketepuan CO2 di Mauna Loa

Pada awal 1896, para saintis beranggapan bahawa membakar bahan api fosil akan mengubah komposisi atmosfera dan dapat meningkatkan suhu rata-rata global. Hipotesis ini dikonfirmasi tahun 1957 ketika para peneliti yang bekerja pada program penelitian global yaitu International Geophysical Year, mengambil sampel atmosfera dari puncak gunung Mauna Loa di Hawaii. Hasil pengukurannya menunjukkan terjadi peningkatan ketepuan karbon dioksida di atmosfera. Setelah itu, komposisi atmosfera terus diukur dengan cermat. Data-data yang dikumpulkan menunjukkan bahawa memang terjadi peningkatan ketepuan dari gas-gas rumah kaca di atmosfera.

Para saintis juga telah lama menduga bahawa iklim global semakin menghangat, tetapi mereka tidak mampu memberikan bukti-bukti yang tepat. Suhu terus bervariasi dari waktu ke waktu dan dari lokasi yang satu ke lokasi lainnya. Perlu bertahun-tahun pengamatan iklim untuk memperoleh data-data yang menunjukkan suatu kecenderungan (trend) yang jelas. Catatan pada akhir 1980-an agak memperlihatkan kecenderungan penghangatan ini, akan tetapi data statistik ini hanya sedikit dan tidak dapat dipercaya.

Stasiun cuaca pada awalnya terletak dekat dengan kawasan perkotaan sehingga pengukuran suhu akan dipengaruhi oleh haba dipancarkan oleh bangunan dan kenderaan lalu lalang serta yang disimpan oleh bahan bangunan dan jalan. Sejak 1957, data-data diperoleh dari stasiun cuaca yang tepercaya (terletak jauh dari perkotaan), serta dari satelit. Data-data ini memberikan pengukuran yang lebih tepat, terutama pada 70 peratus permukaan planet yang tertutup lautan. Data-data yang lebih tepat ini menunjukkan bahawa kecenderungan menghangatnya permukaan Bumi benar-benar terjadi. Jika dilihat pada akhir abad ke-20, tercatat bahawa sepuluh tahun terhangat selama seratus tahun terakhir terjadi setelah tahun 1980, dan tiga tahun terpanas terjadi setelah tahun 1990, dengan 1998 menjadi yang paling panas.

Dalam laporan yang dikeluarkannya tahun 2001, Panel Antara Kerajaan tentang Perubahan Iklim (Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) menyimpulkan bahawa suhu udara global telah meningkat 0,6 darjah Celsius (1 darjah Fahrenheit) sejak 1861. Panel setuju bahawa pemanasan tersebut terutama disebabkan oleh kegiatan manusia yang menambah gas-gas rumah kaca ke atmosfera. IPCC turut meramal peningkatan suhu rata-rata global akan meningkat 1.1 hingga 6.4 °C (2.0 hingga 11.5 °F) antara tahun 1990 dan 2100, malah juga memperingatkan bahawa meskipun ketepuan gas di atmosfera tidak bertambah lagi sejak tahun 2100, iklim tetap terus menghangat selama tempoh tertentu akibat pelepasan yang telah dilepaskan sebelumnya. Karbon dioksida akan tetap berada di atmosfera selama seratus tahun atau lebih sebelum alam mampu menyerapnya kembali.[13]

Jika pelepasan gas rumah kaca terus meningkat, para ahli memprediksi, ketepuan karbon dioksida di atmosfera dapat meningkat hingga tiga kali lipat pada awal abad ke-22 bila dibandingkan masa sebelum era industri. Akibatnya, akan terjadi perubahan iklim secara dramatis. Walaupun sebenarnya peristiwa perubahan iklim ini telah terjadi beberapa kali sepanjang sejarah Bumi, manusia akan menghadapi masalah ini dengan risiko populasi yang sangat besar.