Аерологічні спостереження почали систематично проводитися лише з кінця 40-х років. Існують також тривалі тимчасові ряди зареєстрованих даних спостережень за поверхнею океану, що проводилися з морських судів приблизно із середини XIX сторіччя і зі спеціальних буїв приблизно з кінця 70-х років. За період з кінця 40-х років існують також і дані вимірів температури підповерхневого шару океану майже з глобальним охопленням. За період з кінця 70-х років існують також інші дані, отримані за допомогою супутників для спостереження за Землею, що використовуються для забезпечення широкого діапазону даних глобальних спостережень за різними компонентами кліматичної системи. Крім того, усезростаюча сукупність палеокліматичних даних, наприклад даних: про дерева, корали, відкладення та лід — подає інформацію про клімат Землі, що існував сторіччя і тисячоріччя тому назад. У дійсному розділі особлива увага приділяється поточним знанням про минуле, зміни ключових кліматичних змінних, а саме: температури, опадів і вологості атмосфери, сніжного покриву, довжини материкового і морського льоду, рівня моря, структур атмосферної й океанічної циркуляції, екстремальних метеорологічних і кліматичних явищ, а також у загальних характеристиках мінливості клімату. У заключній частині сьогодення приводиться спостереження та зіставлення тенденцій у різних кліматичних показниках, для того щоб визначити, яка ж загальна картина, що складається. Ступінь цієї внутрішньої погодженості є одним із ключових факторів в оцінці рівня вірогідності сучасного розуміння кліматичної системи. Глобальна середня приземна температура за період з кінця XIX сторіччя зросла на 0,6 + 0,2 °С. Досить імовірно, що 1990-і роки були самим теплим десятиліттям, а 1998 р. — самим теплим роком за увесь час інструментальних вимірів, починаючи з 1861 р. Велика частина підвищення глобальної температури в період з кінця XIX сторіччя прийшлася на два чітко визначених періоди: з 1910 р. по 1945 р. і після 1976 р. Темпи підвищення температури в обох цих періодах складають приблизно 0,15 °С в десятиліття. Потепління, що відбувається в останній час, є більш сильнішим на суші, ніж у районах океану; підвищення температури поверхні моря в період з 1950 р. по 1993 р. складає приблизно половину від підвищення середньої температури повітря над поверхнею суші.
Висока глобальна температура, що асоціюється з явищем Ель-Ніньо 1997—1998 р., розглядається як екстремальне явище навіть з обліком темпів, що спостерігаються в останній час, потепління. Регіональні структури потепління, що спостерігалися в першій половині ХХ сторіччя, відрізняються від таких структур, що спостерігалися в другій половині цього сторіччя. У самий останній період потепління (з 1976 р. по 1999 р.) воно носило майже глобальний характер, однак саме значне підвищення температури при цьому спостерігалося в середніх і високих широтах континентів у північній півкулі. Округлені по роках значення свідчать про охолодження в північно - західній частині Північної Атлантики й у центрі північної частини Тихого океану, однак тенденція охолодження в Північній Атлантиці останнім часом змінилася на зворотну. Було показано, що регіональні структури зміни, що спостерігаються в останній час, температури співвідносяться, частково, з різними фазами атмосферно-океанічних коливань, таких, як північноатлантичне-арктичне коливання і, можливо, Тихоокеанське десятилітнє коливання. У зв'язку з цим регіональні тенденції температури протягом декількох десятиліть можуть знаходитися під сильним впливом регіональної мінливості в кліматичній системі і можуть помітно відхилятися від глобального середнього значення. Потепління в період з 1910 р. по 1945 р. спочатку концентровано відбувалося в Північній Атлантиці. На противагу цьому в період з 1946 р. по 1975 р. у Північній Атлантиці спостерігалося значне похолодання так само, як і на більшій частині територій у північній півкулі; у цей же час на більшій частині території південної півкулі спостерігалося потепління. Нові аналізи свідчать про те, що глобальна тепломісткість океанів значно зросла з кінця 1950-х років. Більше половини цього збільшення тепломісткості відбулося у верхньому шарі океану до глибини 300 м, що було еквівалентно темпам підвищення температури в цьому шарі приблизно на 0,04 °С в десятиліття. Нові аналізи максимальних добових температур на поверхні суші за період з 1950 р. по 1993 р. продовжують свідчити про те, що ця міра добового діапазону температур зменшується в дуже багатьох точках земної кулі, хоча і не скрізь. У середньому мінімальні температури зростають приблизно в два рази швидше максимальних температур (0,2 проти 0,1 °С в десятиліття).

Температури над приземним шаром за даними із супутників і метеорологічних куль-зондів.
Дані вимірів температури на поверхні, із куль-зондів і із супутників показують, що в тропосфері і на поверхні Землі відбувалося потепління, а в стратосфері відбувалося охолодження. За той короткий період часу, протягом якого проводилися виміри як із супутників, так і з метеорологічних куль-зондів (починаючи з 1979 р.), дані, отримані з куль-зондів і із супутників, показують, що в нижньому шарі тропосфери потепління було значно менше, ніж на поверхні. Результати аналізів трендів температури в період з 1958 р. для нижніх 8 км атмосфери і для поверхні Землі добре погоджуються між собою при потеплінні, що складало приблизно 0,1 °С в десятиліття. Однак починаючи з 1979 р., коли почали проводитися виміри із супутників, дані про температуру, отримані як із супутників, так і з метеорологічних куль-зондів, свідчать про потепління в середньому-нижньому шарах глобальної тропосфери зі швидкістю приблизно 0,05 + 0,10 °С в десятиліття. Глобальна середня приземна температура зростала значними темпами на 0,15 + 0,05 °С в десятиліття. Ця різниця в темпах потепління є статистично значимою. На відміну від цього, у період з 1958 р. по 1978 р. тренди приземної температури були близько 0, а тренди в нижніх 8 км атмосфери відповідали підвищенню приблизно в 0,2 °С в десятиліття. Приблизно половина різниці, що спостерігається, у потеплінні в період з 1979 р., ймовірно, може бути пояснена сполученням розбіжностей у просторовому охопленні даних приземних і тропосферних спостережень і фізичних наслідків ряду вивержень вулканів і значного прояву явища Ель-Ніньо, що відбулися в цей період. Інша частина зазначеної різниці є, цілком ймовірно, реальною і не зв'язана з відхиленнями в даних спостережень. Вона виникає в основному через розходження в темпах зміни температури над тропічними і субтропічними регіонами, що були більш швидкими в нижніх 8 км атмосфери до (приблизно) 1979 р., але які потім сповільнилися. Ніяких значних розбіжностей у темпах потепління над середніми широтами континентів у північній півкулі не спостерігалося. Що стосується верхнього шару тропосфери, ніяких значних глобальних трендів температури в період з початку 1960-х років виявлено не було. У тім, що стосується стратосфери, то дані, отримані як із супутників, так і з куль-зондів, свідчать про значне охолодження, що переривалося різкими епізодами потепління тривалістю від одного до двох років, що були зв'язані з виверженнями вулканів.
Зміни, що спостерігаються, у температурі.
Темпи і тривалість потепління в ХХ сторіччі, імовірно, є самими значними, ніж у які-небудь інші часи протягом останніх 1000 років. 1990-і роки, імовірно, були самим теплим десятиліттям за останнє тисячоріччя в північній півкулі, а 1998 р., імовірно, був самим теплим роком. У розумінні явища зміни температури, що проходили протягом останнього тисячоріччя, був досягнутий значний прогрес, особливо завдяки синтезу окремих робіт з відтворення даних про температуру. Ці дані свідчать про порівняно теплий період, що асоціюється з XI— XIV сторіччями, і про порівняно холодний період, що асоціюється з XV-XIX сторіччями, у північній півкулі. При цьому, однак, наявні свідчення не можуть бути доказом того, що ці періоди, тобто відповідно «середньовічний теплий період» і «малий льодовиковий період», відбувалися синхронно по всій земній кулі. Як показує малюнок, темпи і тривалість потепління в північній півкулі в ХХ сторіччі представляються безпрецедентними за все останнє тисячоріччя, і їх не можна розглядати просто як відновлення після «малого льодовикового періоду» XV-XIX сторіч. Ці аналізи доповнені аналізами чутливості у відношенні просторової показності наявних палеокліматичних даних, що свідчать про те, що потепління в останнє десятиліття виходить за межі довірчого інтервалу невизначеності температури в 95 %, навіть під час самих теплих періодів в останнє тисячоріччя. Більш того, до сьогоднішнього дня завершене проведення декількох різних аналізів, кожний з яких дає підставу припустити, що температури в північній півкулі в останнє десятиліття були вищі, ніж у будь-який інший час в останні 6—10 сторіч. Це той відрізок часу, за який значення температури з річним інтервалом можуть бути розраховані шляхом використання зібраних у масштабі півкулі непрямих даних, якось: річні кільця дерев, керни льоду, корали й інші непрямі дані з річним інтервалом. Що ж стосується середньорічних значень у більш ранні, ніж 1000 років тому, періоди й умов, що існували на більшій частині південної півкулі до 1861 р., через недолік необхідних даних знання про них менше. Імовірно, що значні швидкі зміни температури протягом десятиліть відбувалися під час останнього льодовикового періоду і відступу льодовиків після нього (у період між приблизно 100 000 і 10 000 років тому), особливо у високих широтах північної півкулі. У деяких місцях під час відступу льодовиків підвищення температури в локальному масштабі складали, імовірно, від 5 до 10 °С в настільки короткі періоди, як кілька десятиліть. З'являються свідчення того, що протягом останніх 10 000 років відбувалися швидкі значні зміни температури в регіональному масштабі, що є складовою частиною природної мінливості клімату.
Зміни, що спостерігаються, у кількості атмосферних опадів і у вологості атмосфери.
У період, що пройшов після виходу ВДО, річна кількість атмосферних опадів, що випадають на сушу, продовжувало зростати в середніх і високих широтах північної півкулі (досить імовірно, від 0,5 до 1 % у десятиліття), за винятком східної частини Азії. У субтропіках (10°пн. ш.—30° пн. ш.) кількість дощових опадів, що випадають на поверхню суші, у середньому зменшувалося (імовірно, приблизно на 0,3 % у десятиліття), хоча в останні роки намітилася зворотна тенденція. Дані вимірів атмосферних опадів на поверхні суші в тропіках свідчать про те, що кількість опадів, імовірно, зростала приблизно на 0,2—0,3 % у десятиліття протягом ХХ сторіччя, однак збільшення кількості опадів не настільки очевидно в останні кілька десятиліть, а території суші (у порівнянні з океанами) у тропічній зоні на широтах від 10° с. ш. до 10° пд. ш. порівняно невеликі. Проте, дані прямих вимірів опадів і проведені за допомогою моделей повторні аналізи виведених логічно кількостей опадів показують, що кількість дощових опадів також збільшилася над великими територіями тропічних океанів. Там, де існують дані по визначених точках і за визначені проміжки часу, видно, що зміни в річних показниках річкових стоків часто добре співвідносяться зі змінами в загальній кількості опадів. Збільшення в кількості атмосферних опадів на територіях суші в середніх і високих широтах північної півкулі переконливо корелюються з довгостроковими збільшеннями в загальній кількості хмар. На відміну від північної півкулі, у південній півкулі ніяких порівнянних систематичних змін в атмосферних опадах при використанні загальних по широтних усереднених значень виявлено не було. Імовірно, що загальна кількість водяної пари в атмосфері над багатьма регіонами північної півкулі зростало на кілька відсотків у десятиліття. Зміни в кількості водяної пари приблизно за останні 25 років були проаналізовані для окремих регіонів з використанням даних приземних спостережень у точках, а також даних вимірів у нижньому шарі тропосфери за допомогою супутників і метеорологічних куль-зондів. При аналізі найбільш надійних комплектів даних вимальовується картина загального збільшення кількості водяної пари над поверхнею й у нижньому шарі тропосфери в останні кілька десятиліть, хоча в цих даних, імовірно, існують залежні від часу відхилення і регіональні коливання в трендах. Кількість водяної пари в нижньому шарі стратосфери в період з початку реєстрації даних спостережень (1980 р.) також, імовірно, збільшувалася приблизно на 10 % за десятиліття. Дані про зміни в загальній кількості хмар над територіями континентів у середніх і високих широтах північної півкулі свідчать про ймовірне збільшення хмарного покриву в період з початку ХХ сторіччя приблизно на 2 %, що, як сьогодні показано, позитивно корелюється зі зменшеннями в добовому діапазоні температур. Було показано, що аналогічні зміни відбуваються і над Австралією — єдиним континентом південної півкулі, де були довершені аналізи відповідних даних. У тім, що стосується територій суші в субтропічній і тропічній зонах, а також океанів, знання про зміни в загальній кількості хмар є невизначеними.
Зміни, що спостерігаються, у терміні залягання сніжного покриву і материкового та морського льоду. Зменшення довжини сніжного покриву і материкового льоду як і раніше позитивно корелюється зі збільшенням температур на поверхні суші. Отримані із супутників дані показують, що в період з кінця 1960-х років довжина сніжного покриву, досить імовірно, зменшилася приблизно на 10 %. Існує яскраво виражена кореляція між підвищенням температур на суші в північній півкулі і такому зменшенні. На сьогоднішній день існує багато свідчень у підтримку того, що альпійські і континентальні льодовики відступають у відповідь на потепління в ХХ сторіччі. У декількох морських районах збільшення кількості атмосферних опадів унаслідок регіональних змін в атмосферній циркуляції було більш значним, ніж підвищення в температурі в останні два десятиліття, і льодовики почали знову наступати. Дані наземних спостережень показують, що в останні 100—150 років річна тривалість присутності льоду на озерах і ріках у середніх і високих широтах північної півкулі, досить імовірно, зменшилася приблизно на два тижні. Кількість морського льоду в північній півкулі зменшується, однак в Антарктиці ніяких значних тенденцій у довжині морського льоду не відзначається. Відбувається з 1950-х років зменшення кількості морського льоду в Арктиці у весняний і літній періоди на 10—15 % погодиться з підвищенням весняних температур і, у меншому ступені, літніх температур у високих широтах. Мало вказівок про те, що довжина морського льоду в Арктиці в зимовий період, температури в який у навколишніх регіонах підвищилися, зменшується. На відміну від Арктики, немає ніяких явних свідчень взаємозв'язку між десятилітніми змінами температур і довжиною морського льоду в Антарктиці в період з 1973 р. Після первісного зменшення в середині 1970-х років довжина морського льоду в Антарктиці залишалася стабільною або навіть злегка збільшувалася. Нові дані вказують на те, що, імовірно, товщина морського льоду в Арктиці зменшувалася приблизно на 40 % наприкінці літа — початку осені між періодом 1958— 1976 р. і серединою 1990-х років при значно меншому зменшенні в зимовий період. Те, що ці дані були зібрані за порівняно короткий період, а вибірка є неповною, обмежує можливості тлумачення цих даних. На ці зміни могли впливати міжрічна і між десятилітня мінливість.

Зміни, що спостерігаються, у рівні моря. Зміни в період, за який існують приладові дані. На основі даних, отриманих за допомогою мареографів, можна зробити висновок, що темпи підвищення глобального середнього рівня моря протягом ХХ сторіччя знаходилися в діапазоні від 1,0 до 2,0 мм/рік; при цьому центральне значення склало 1,5 мм/рік (центральне значення не слід витлумачувати як найкращу оцінку). Об'єднані разом ці тенденції ілюструють узагальнену картину потепління на земній кулі: Дані вимірювань приземної температури на суші і над океанами (із двома окремими оцінками над останнім) минулого отримані і відкоректовані незалежно. Усі комплекти даних свідчать про досить аналогічні тренди, що йдуть вгору у глобальному масштабі при наявності двох основних періодів потепління на земній кулі: 1910—1945 р. і починаючи з 1976 р. Виникає тенденція більш швидкого підвищення глобальної температури приземного повітря над сушею, ніж глобальної температури поверхні океану. Вимірювання, проведені за допомогою метеорологічних куль-зондів, показують, що температури в нижньому шарі тропосфери починаючи з 1958 р. зростали, хоча і незначно після 1979 р. З 1979 р. стали надходити супутникові дані, що свідчать про наявність трендів, аналогічних тим, що показують дані з куль-зондів. Зменшення діапазону добових температур на континентах збігається зі збільшеннями кількості хмар, атмосферних опадів і збільшенням в загальному змісті водяної пари в атмосфері. Майже повсюдне зменшення довжини гірських льодовиків і маси льоду узгоджується з повсюдним підвищенням приземної температури. Зменшення сніжного покриву і зменшення тривалості збереження льоду на озерах і ріках добре співвідносяться зі збільшенням приземної температури на суші в північній півкулі. Систематичне зменшення довжини і товщини морського льоду в Арктиці у весняний і літній періоди узгоджується з підвищенням температури над більшістю територій прилягаючої суші й океану. Тепломісткість океану збільшилася, а глобальний середній рівень моря підвищився. Збільшення загальної кількості водяної пари в тропосфері в останні 25 років переконливо узгоджується з підвищенням температури у тропосфері і більш активним гідрологічним циклом, що призводить у результаті до більш екстремальних і інтенсивних явищ випадання опадів у багатьох районах з збільшенням кількості опадів, наприклад у середніх і високих широтах північної півкулі.