تغییر اقلیم در واقع به نوسان در اقلیم جهانی زمین یا در اقلیم های منطقه ای در طول زمان اشاره می كند. البته تغییراتی را در نوسان پذیری یا شرایط میانگین جوی- یا آب و هوای متوسط (متعارف) – را در مقیاس های زمانی تشریح می كند كه در فاصله زمانی بین دهه ها تا میلیون ها سال در نوسان می باشد. این تغییرات ممكن است از فرآیندهای درونی زمین، یا نیروهای خارج از آن (مثلا نوسانات در شدت نور خورشید)، یا در زمان های اخیر در اثر فعالیت های مربوط به تغییرات اقلیمی دست بشر حاصل شده باشد. به خصوص در كاربرد اخیر، در مقوله سیاست محیطی، اصطلاح «تغییر اقلیم» اغلب تنها به تغییرات جاری در اقلیم جدید اشاره می كند، از جمله بالا رفتن سطح متوسط دمای سطح (زمین) كه به عنوان گرم شدن زمین شناخته می شود. در برخی موارد، این عبارت با فرض رابطه علت و معلولی بشری نیز به كار می رود، همچنان كه در كنوانسیون چارچوب تغییر اقلیمی سازمان ملل UNFCCC استفاده شده است. كنوانسیون UNFCCC اصطلاح «نوسان پذیری اقلیمی» را برای تغییراتی به كار می برد كه منشاء غیر انسانی داشته باشند.

 عوامل تغییر اقلیمی

   تغییرات اقلیمی به نوسانات درون محیط زمین، فرآیند های طبیعی موجود در اطراف آن، و تأثیر فعالیت بشر بر آن برمی گردد. عوامل خارجی كه می تواند اقلیم را شكل دهد اغلب نیرو های اقلیمی نامیده می شوند شامل فرآیندهایی همچون نوسانات در تابش خورشیدی، گردش (وضعی) زمین، و مقادیر (تمركز) گاز گلخانه ای می باشند.

 نوسانات درون اقلیم زمین

   آب و هوا در آن و به خودی خود، یك سیستم پویای غیرخطی نامنظم| بی نظم است، اما در بسیاری از موارد، مشاهده می شود كه اقلیم (یعنی وضعیت میانگین آب و هوا) به درستی ثابت و قابل پیش بینی است. این مسئله شامل دمای متوسط، میزان بارش، روزهای آفتابی، و بسیاری متغیرهای دیگری می شود كه در هر مكانی می توان آن را سنجش نمود. اما، تغییراتی نیز درون محیط زمین وجود دارند كه می تواند بر اقلیم آن تاثیر بگذارد.

 یخبندان

   توده های یخی به عنوان یكی از حساس ترین شاخص های تغییر اقلیمی شناخته می شوند، كه عمدتا طی دوره سرد شدن اقلیم افزایش می یابند (مانند دوره كوتاه یخبندان) و در طول گرم شدن آب و هوا در مقیاسهای متوسط زمانی شروع به پسرفت می كنند. افزایش و فروپاشی توده های یخی، هر دو به نوسان پذیری طبیعی و عمدتا نیروهای تشدید كننده خارجی كمك می كند. اما، طی قرن گذشته، توده های یخی نتوانسته اند به حدكافی لایه های یخی را مجددا تولید كنند تا جبرانی برای یخ های از دست رفته طی ماه های تابستانی باشد. (نگاه به پسرفت توده های یخی از سال۱۸۵۰ به بعد | پسرفت توده یخی) مهمترین فرآیندهای اقلیمی چند میلیون سال اخیر چرخه های یخبندان و درون یخبندان در دوره یخبندان كنونی می باشد. اما واكنش های داخلی شكل گرفته در چرخه های میلانكوویچ| نوسانات گردشی، شامل صفحات یخی قاره ای و m۱۳۰ تغییر سطح دریا است كه قطعا نقش كلیدی را درباره تصمیم گیری پیرامون این مسئله ایفا می كند كه چه واكنش اقلیمی در بیشتر مناطق مشاهده خواهد شد. تغییرات دیگر، از جمله وقایع هاینریش، حوادث دانسگار اوشگر و داغ گلی نورس نشانگر توان بالقوه نوسانات یخبندان است كه حتی در غیاب تغییرات گردشی خاص بر اقلیم تاثیر می گذارد.

 نوسان پذیری اقیانوس

   تقریبا در مقیاس چند دهه، تغییرات اقلیمی نیز می تواند از تغییرات درون سیستم های اقیانوسی/ جوی حاصل شود. بسیاری از شرایط اقلیمی، مشهود تر از همه ENSO| نوسان جنوبی ال نینو، بلكه شامل نوسان دهه ای پاسیفیك، نوسانان اقیانوس اطلس شمالی، و نوسان اقیانوس منجمد جنوبی بوده كه به عنوان شرایطی خاص درون سیستم اقلیمی شناخته شده اند، كه دست كم در اثر وجود آن ها تا حدودی با روشهای گوناگون گرما توانسته در اقیانوس ها ذخیره شده و بین منابع مختلفی جابجا شود. در مقیاس های زمانی طولانی تر، فرآیندهای اقیانوسی همچون گردش ترمو هالاین نقش كلیدی را در توزیع مجدد گرما ایفا می نماید، و در صورت تغییر توانسته به شدت بر اقلیم تاثیر بگذارد.

 حافظه (بازگشت) اقلیمی

   بیشتر اشكال نوسان پذیری داخل یك سیستم اقلیمی را می توان به شكل پسماند محسوب نمود، به این مفهوم كه وضعیت جاری اقلیم نه تنها بیانگر ورودی های آن بلكه تاریخچه چگونگی پیدایش و رسیدن به این مرحله در آن می باشد. مثلا، یك دهه شرایط خشكسالی می تواند موجب نابودی دریاچه ها، خشك شدن كامل دشتها و توسعه كویرها شود. در عوض، این شرایط می تواند به بارشهای كمتر در سال های جاری بیانجامد. بطور خلاصه، تغییر اقلیمی می تواند یك فرآیند خودجوش دائمی باشد زیرا جنبه های گوناگون محیطی با نسبتهای متفاوت و به طرق گوناگون نسبت به نوساناتی كه ناگزیر روی می دهد، پاسخ می دهند.