Tidak semua saintis setuju tentang keadaan dan akibat dari pemanasan global. Beberapa pengamat masih mempertanyakan apakah suhu benar-benar meningkat. Yang lainnya mengakui perubahan yang telah terjadi tetapi tetap membantah bahawa masih terlalu dini untuk membuat ramalan tentang keadaan pada masa depan. Kritikan seperti ini juga dapat membantah bukti-bukti yang menunjukkan sumbangan manusia terhadap pemanasan global dengan berargumen bahawa kitaran alami dapat juga meningkatkan suhu. Mereka juga menunjukkan fakta-fakta bahawa pemanasan berkelanjutan dapat menguntungkan di beberapa kawasan.

Para saintis yang mempertanyakan pemanasan global cenderung menunjukkan tiga perbedaan yang masih dipertanyakan antara ramalan model pemanasan global dengan perilaku sebenarnya yang terjadi pada iklim. Pertama, pemanasan cenderung berhenti selama tiga dekade pada pertengahan abad ke-20; bahkan ada masa pendinginan sebelum naik kembali pada tahun 1970-an. Kedua, jumlah total pemanasan selama abad ke-20 hanya separuh dari yang diprediksi oleh model. Ketiga, troposfera, lapisan atmosfera terendah, tidak memanas secepat diramalkan model saintifik akan tetapi pendukung adanya pemanasan global yakin dapat menjawab dua dari tiga pertanyaan tersebut.

Kurangnya pemanasan pada pertengahan abad disebabkan oleh besarnya pencemaran udara yang menyebarkan partikulat-partikulat - juga dikenal sebagai aerosol - terutama sulfat, ke atmosfera lalu memantulkan sebahagian sinar matahari kembali ke angkasa lepas. Pemanasan berkelanjutan akhirnya mengatasi kesan ini, sebahagian lagi kerana adanya kawalan terhadap pencemaran yang menyebabkan udara menjadi lebih bersih.

Keadaan pemanasan global sejak 1900 yang ternyata tidak seperti yang diprediksi disebabkan penyerapan panas secara besar oleh lautan. Para saintis telah lama memprediksi hal ini tetapi tidak memiliki cukup data untuk membuktikannya. Pada tahun 2000, Pentadbiran Lautan dan Atmosfera Kebangsaan (NOAA) memberikan hasil analisis baru tentang suhu air yang diukur oleh para pengamat di seluruh dunia selama 50 tahun terakhir. Hasil pengukuran tersebut memperlihatkan adanya kecenderungan pemanasan: suhu laut dunia pada tahun 1998 lebih tinggi 0,2 darjah Celsius (0,3 darjah Fahrenheit) daripada suhu rata-rata 50 tahun terakhir, ada sedikit perubahan tetapi cukup berarti.[21]

Pertanyaan ketiga masih membingungkan. Satelit mendeteksi lebih sedikit pemanasan di troposfer dibandingkan ramalan model. Menurut beberapa kritikus, pembacaan atmosfera tersebut benar, sedangkan pengukuran atmosfera dari permukaan Bumi tidak dapat dipercaya. Pada bulan Januari 2000, sebuah panel yang ditunjuk oleh National Academy of Sciences untuk membahas masalah ini mengakui bahawa pemanasan permukaan Bumi tidak dapat diragukan lagi. Akan tetapi, pengukuran troposfer yang lebih rendah dari ramalan model tidak dapat dijelaskan secara jelas.