太阳辐射为气候系统提供主要外部能量，不同云型对地表能量收支的作用可能不同

古气候代用指标需要经过现代过程校准。单一代用记录未必代表全球平均气候。厄尔尼诺涉及热带太平洋海气耦合异常。拉尼娜通常对应相反方向的热带太平洋异常。南方涛动描述热带太平洋相关气压变化。海气耦合使远处地区天气也受到影响。气候内部变率可以造成多年尺度波动。长期趋势与内部变率能够同时影响观测结果。

火山喷发可产生持续一段时间的气候扰动。太阳活动变化也属于气候外部影响因素。轨道参数变化影响季节和纬向太阳能分布。冰期与间冰期反映较长时间尺度的气候转换。冰芯气泡能够保存古代大气组分信息。冰芯同位素提供古温度相关线索。树轮可以记录部分地区的生长环境变化。珊瑚骨骼化学能够反映海水环境历史。

全球平均升温不意味着每个地点同步等幅变暖。陆地与海洋升温速度受到热容量等因素影响。极地放大涉及冰雪反馈与热量输送等机制。海平面上升来自海水热膨胀和陆地冰融化等。漂浮海冰融化对海平面的直接贡献较小。陆地冰川融水进入海洋会增加海水总量。气候模式把多个圈层过程进行数值耦合。模式分辨率限制其直接表示的小尺度过程。