Từ khoảng giữa thế kỷ XIX, theo số liệu quan sát cho thấy xu thế chung từ cuối thế kỷ XIX đến nay, nhiệt độ trung bình không khí và đại dƣơng toàn cầu tăng lên.
52
Kết quả đo đạc và nghiên cứu cho thấy thập kỷ 1990 là thập kỷ nóng nhất trong thiên niên kỷ vừa qua (IPCC, 2001). Từ 1995-2006 có đến 11 năm nằm trong số 12 năm nhiệt độ lớn nhất theo số liệu đo đạc nhiệt độ toàn cầu từ 1850. Nhiệt độ trong 100 năm 1906-2005 tăng 0.74 (0.56-0.92) lớn hơn so với giai đoạn 100 năm 1901-2000 (0.6_0.4:0.8). Xu hƣớng trong 50 năm từ 1956-2005 ((0.13[0.10 to 0.16]°C) gần gấp đôi so với giai đoạn 100 năm từ 1906 đến 2005. Nhiệt độ tăng lên cao hơn ở các vĩ độ cao ở bắc bán cầu: nhiệt độ ở bắc bán cầu trung bình tăng gần gấp đôi của toàn cầu trong giai đoạn 100 năm qua. Nhiệt độ ở đất liền tăng nhanh hơn đại dƣơng. Theo quan sát từ 1961 thì nhiệt độ đại dƣơng tăng ở cả độ sâu ít nhất là 3000m. Đại dƣơng đã chiếm 80% lƣợng nhiệt của hệ thống khí hậu.Theo kết quả phân tích từ khinh khí cầu và vệ tinh thì tốc độ nóng lên ở giữa tầng đối lƣu và thấp hơn giống với tốc độ của nhiệt độ bề mặt.
Hiện tƣợng mƣa cũng biến động đáng kể, lƣợng mƣa tăng đáng kể trong giai đoạn từ 1900 đến 2005 ở các nƣớc nằm ở phía tây của bắc và Nam Mỹ, Châu Âu, Bắc và Trung tâm Châu Á. Trong khi đó nó giảm ở Sahel, the Mediterranean, southern Africa và phần phía Nam Châu Á.
Tƣơng ứng với sự nóng lên toàn cầu, mực nƣớc trung bình đại dƣơng cũng tăng lên do bằng tan và sự giãn nở nhiệt đại dƣơng. Mực nƣớc biển tăng với tốc độ trung bình 1.8 một năm trong giai đoạn 1961-2003. Tốc độ là 3.1 trong giai đoạn 1993-2003. Cùng với xu thế tăng nhiệt độ toàn cầu là sự phân bố dị thƣờng của nhiệt độ. Trên các đại lục ở Bắc Bán Cầu, trong những năm gần đây xuất hiện hàng loạt kỷ lục về nhiệt độ cao và thấp.