jmpl|280px|Perhitungan pemanasan global pada tahun 2001 dari beberapa model iklim berdasarkan scenario SRES A2, yang mengasumsikan tidak ada tindakan yang dilakukan untuk mengurangi pelepasan.

Para saintis telah mempelajari pemanasan global berdasarkan model-model computer berdasarkan prinsip-prinsip dasar dinamika fluida, transfer radiasi, dan proses-proses lainya, dengan beberapa penyederhanaan disebabkan keterbatasan kemampuan komputer. Model-model ini memprediksikan bahawa penambahan gas-gas rumah kaca berefek pada iklim yang lebih hangat.[14] Walaupun digunakan asumsi-asumsi yang sama terhadap ketepuan gas rumah kaca pada masa depan, kepekaan iklimnya masih akan berada pada suatu rentang tertentu. Dengan memasukkan unsur-unsur ketidakpastian terhadap ketepuan gas rumah kaca dan pemodelan iklim, IPCC memperkirakan pemanasan sekitar 1.1 °C hingga 6.4 °C (2.0 °F hingga 11.5 °F) antara tahun 1990 dan 2100.[15] Model-model iklim juga digunakan untuk menyelidiki penyebab-penyebab perubahan iklim yang terjadi saat ini dengan membandingkan perubahan yang teramati dengan hasil ramalan model terhadap berbagai penyebab, baik alami mahupun kegiatan manusia.

Model iklim saat ini menghasilkan kemiripan yang cukup baik dengan perubahan suhu global hasil pengamatan selama seratus tahun terakhir, tetapi tidak mensimulasi semua aspek dari iklim.[16] Model-model ini tidak secara pasti menyatakan bahawa pemanasan yang terjadi antara tahun 1910 hingga 1945 disebabkan oleh proses alami atau kegiatan manusia; akan tetapi; mereka menunjukkan bahawa pemanasan sejak tahun 1975 didominasi oleh pelepasan gas-gas yang dihasilkan manusia. Sebahagian besar model-model iklim dilakukan berdasarkan skenario-skenario gas rumah kaca ketika menghitung iklim pada masa depan , biasanya dari laporan khusus terhadap skenario pelepasan (Special Report on Emissions Scenarios/SRES) IPCC. Yang jarang dilakukan, model menghitung dengan menambahkan simulasi terhadap kitaran karbon; yang biasanya menghasilkan suapan balik yang positif, walaupun tindak balasnya masih belum pasti (untuk skenario A2 SRES, tindak balas bervariasi antara penambahan 20 dan 200 ppm CO2). Beberapa kajian juga menunjukkan beberapa suapan balik positif.[17][18][19]

Pengaruh awan juga merupakan salah satu sumber yang menimbulkan ketidakpastian terhadap model-model yang dihasilkan saat ini, walaupun sekarang telah ada kemajuan dalam menyelesaikan masalah ini.[20] Saat ini juga terjadi diskusi-diskusi yang masih berlanjut mengenai apakah model-model iklim mengesampingkan kesan-kesan suapan balik dan tak langsung dari variasi Matahari.