Onder het broeikaseffect verstaan we het opwarmen van de aarde door de aanwezigheid van een aantal gassen in de atmosfeer die zowel de warmtestralen van de zon als de door de aarde uitgezonden teruggekaatste warmtestralen goed absorberen.

Als de broeikasgassen afwezig zouden zijn, dan zou de temperatuur aan het aardoppervlak gemiddeld -18 °C bedragen (nu: +15 °C). Van dit temperatuurverschil van 33 °C komt 62% voor rekening van waterdamp, 22% door kooldioxide (CO2). De overige gassen met broeikaswerking zijn lachgas of stikstofdioxide (N2O), methaan (CH4), ozon (O3), voorzover dit laatste gas zich bij het aardoppervlak bevindt, en de volledig gehalogeneerde CFK's.

Een groot deel van de CO2 in de atmosfeer is ontstaan door de verbranding van fossiele brandstoffen (50 à 60 %, waarvan 20% door het verkeer) en door de ontbossing van de tropische wouden (ca. 30%). Men neemt aan dat 20!000 jaren geleden het CO2-gehalte 170 delen per miljoen heeft bedragen. Omstreeks 1870 bedroeg het CO2-gehalte in de atmosfeer ongeveer 280 delen per miljoen; dit was in de jaren tachtig van deze eeuw reeds tot ca. 350 gestegen. In de jaren 2050–2100 wordt een toename tot 600 mogelijk geacht. Hoewel CO2 het belangrijkste broeikasgas is dat door de mens in de atmosfeer wordt gebracht, draagt toch ook de productie van methaan (voorkomend in rottingsgassen) door de geïntensiveerde landbouw voor ca. 10% bij aan het broeikaseffect. Door de toename van de broeikasgassen gedurende de laatste 100 jaar is de temperatuur wereldwijd reeds met ca. 0, 5 °C gestegen. Bij ongewijzigd beleid kan de temperatuurstijging rond het jaar 2050 3 °C bedragen.

Door een wereldwijde temperatuurstijging zet het water in zeeën, oceanen en meren uit. Delen van de ijsmassa's van Antarctica en Groenland zullen gaan smelten (hoewel aanvankelijk de sneeuwval op de ijsmassa's zal toenemen, waardoor water vastgehouden wordt). Uiteindelijk zal de zeespiegel gaan stijgen (zie zeespiegelstijging) en wordt het klimaat sterk beïnvloed (zie klimaatverandering). De verwachte zeespiegelstijging zal een groter overstromingsgevaar veroorzaken, zodat de dijken moeten worden verhoogd.
De hogere temperatuur zal uitbreiding van de woestijnen veroorzaken, terwijl in andere gebieden een grotere regenval zal optreden. In Zuid-Europa zal een tekort aan drinkwater kunnen ontstaan. Tevens kan het ecologisch evenwicht veranderen met als gevolg dat bepaalde plaaginsecten (malariamuskiet, sprinkhaan) zich kunnen uitbreiden naar gebieden waar zij voorheen niet voorkwamen.
In sommige gebieden kan door de klimaatsverandering de landbouwproductie dalen met tientallen procenten. Aan de andere kant stijgt de productie per plant door de verhoging van het gehalte aan CO2, de bron van koolstof voor de plant.Als de verdeling van de windrichting niet verandert, zal de gemiddelde temperatuur in Nederland en België in het jaar 2050 0,5 tot 2 °C warmer zijn dan nu. Volgens het KNMI zal temperatuurverhoging merkbaar zijn in een verandering van het weer. Dit blijft echter wisselvallig. Hittegolven zullen zeldzaam blijven. De strengste winters zullen iets minder extreem koud worden en eerder eindigen.
Jaarlijks zal er 2 tot 5% meer neerslag vallen. De grootste toename wordt 's winters verwacht. In de zomer zal die verandering vooral tot uiting komen in zwaardere buien met een meer tropisch karakter. De neerslagintensiteit van de zomerse buien neemt met zo'n 5 tot 20% toe. Het hiervoor geschetste scenario kan echter anders uitpakken als de computermodellen die de veranderingen van het klimaat voorspellen verbeterd worden.