Die Auswirkungen sind äußerst vielfältig und beeinflussen sich gegenseitig. So hat sich durch den erhöhten Ausstoß von Treibhausgasen die globale Temperatur der Atmosphäre und der Ozeane erwärmt, was wiederum zum verstärkten Gletscherrückgang und zur Erhöhung des Meeresspiegels geführt hat. Eine Auswahl der Auswirkungen wird im Folgenden dargestellt.
Die globale Durchschnittstemperatur ist seit der Industrialisierung bereits um 1,1 °C gestiegen, wodurch die letzten 30 Jahre wahrscheinlich die wärmste 30-Jahres-Periode der letzten 1400 Jahre gewesen ist (IPCC 2014a:40). Auch die Ozeane haben sich seitdem erwärmt. Aufgrund ihrer enormen Masse besitzen sie eine hohe Wärmekapazität und können über 90 % der Wärmeenergie binden (UBA 2015:65). So vermindern sie zwar die Erwärmung der Atmosphäre, werden aber durch die verstärkte Aufnahme von CO2 zunehmend saurer, was zu einer Beeinträchtigung ihrer Funktion als Ökosystem führt (UBA 2017). Mit dem zwei- bis dreimal höheren Temperaturanstieg in der Arktis und Antarktis im Vergleich zum globalen Mittel bewirkt der Klimawandel einen starken Rückgang des Meereises, der Gletscher sowie der Eisschilde Grönlands und der Antarktis (GREENPEACE 2006:12; UBA 2017).
Das Abschmelzen der Gletscher und Eisschilde steht im engen Zusammenhang mit dem Meeresspiegelanstieg, welcher als eine der bedeutendsten Folgen des Klimawandels gilt (IPCC 2014a:42). Knapp die Hälfte des bisherigen Anstiegs sind auf solche Schmelzprozesse zurückzuführen, während fast der gesamte restliche Anstieg der thermischen Ausdehnung der Ozeane geschuldet ist (LOZÁN 2014:265). So ist der Meeresspiegel im globalen Mittel im vergangenem Jahrhundert mit 1,7 mm pro Jahr um insgesamt 0,19 m gestiegen (IPCC 2014a:42). Das allein ist schon ein ungewöhnlich hoher Anstieg, da der Meeresspiegel in den letzten 2000 Jahren mit Ausnahme von geringen Schwankungen nahezu stabil gewesen ist (KASANG 2013). Doch der Meeresspiegel steigt immer schneller, sodass die Rate heutzutage sogar schon bei 3,3 mm pro Jahr liegt (DEUTSCHER BUNDESTAG 2017:30). Dabei verändert er sich räumlich sehr unterschiedlich. Während die südostasiatischen Inselstaaten zum Beispiel von einem dreimal schnelleren Anstieg bedroht werden, bleibt er an der Westküste Amerikas unverändert oder sinkt sogar leicht (IPCC 2014a:44). Die Gründe dafür sind vielfältig. So können beispielsweise Unterschiede in der thermischen Ausdehnung dafür verantwortlich sein oder auch Landhebungen und -senkungen (CARSON & KÖHL 2015:246f.; IPCC 2014b:61f.).
Mithilfe von Projektionen können Informationen über mögliche Entwicklungen des Klimas gewonnen werden (UBA 2013). Auf deren Grundlage können Klimafolgen analysiert und Anpassungsstrategien entwickelt werden, doch sind sie im Gegensatz zu Prognosen mit gewissen Unsicherheiten behaftet (GERMANWATCH 2010:25). Der Weltklimarat IPCC veröffentlicht alle sechs bis sieben Jahre Berichte, in denen der aktuelle Wissensstand der Klimaforschung zusammengetragen wird (IPCC 2017). Sie gelten als verlässlichste und glaubwürdigste Darstellung bezüglich der Klimaänderungen sowie über den möglichen Umgang damit (GÖNNERT et al.; RAHMSTORF & SCHELLNHUBER 2007:88). So wurden in dem Rahmen vier verschiedene Szenarien erarbeitet, die Auskunft über eine mögliche Klimaentwicklung zum Ende des 21. Jahrhunderts geben (DWD 2017).
In allen Szenarien wird die mittlere Temperatur steigen, wobei die Höhe sehr stark von den zukünftigen Treibhausgasemissionen abhängt (IPCC 2014a:61ff.). Im Vergleich zum vorindustriellen Niveau wird sich die globale Temperatur demnach mindestens 0,9 bis maximal 5,4 °C erhöhen. Das beeinflusst wiederum die Temperatur der Ozeane. Sie reagieren nur sehr träge auf Veränderungen, sodass sich die Ozeane über Jahrhunderte hinweg weiter erwärmen, selbst lange nachdem sich die CO2-Konzentration und somit die globale Mitteltemperatur stabilisiert haben (WOR 2010). Ebenso werden die Gletscher, Eisschilde und das Meereis weiter abschmelzen, sodass der arktische Ozean bei unveränderten Treibhausgasemissionen bereits vor Mitte dieses Jahrhunderts im Sommer nahezu eisfrei sein wird (IPCC 2014a:64).
Für den globalen Meeresspiegel bringen all die Änderungen gravierende Folgen mit sich. In jedem Szenario wird er weiter ansteigen – und das auch noch schneller als bisher. In einem Szenario mit steigenden Treibhausgasemissionen ohne Klimaschutzmaßnahmen sind Anstiegsraten von 8 bis 16 mm pro Jahr möglich (IPCC 2014a:64). Insgesamt reichen die Projektionen bis zum Ende dieses Jahrhunderts je nach Szenario von 0,26 bis zu 0,82 m im Vergleich zur jüngsten Vergangenheit (1986 bis 2005). Wissenschaftler gehen jedoch von deutlich höheren Anstiegen aus, die bei bis zu 1,6 m liegen können (NICHOLLS et al. 2011:163ff.)