Zmiana klimatu to długotrwała zmiana stanu systemu klimatycznego, wywołana zarówno czynnikami naturalnymi (np. promieniowanie słoneczne), jak i działalnością człowieka (emisja gazów cieplarnianych), a na przełomie XX i XXI wieku termin ten związał się ściśle z globalnym ociepleniem. Badania nad tym zjawiskiem prowadzone są kilkoma metodami, takimi jak badania paleoklimatyczne, pomiary polowe, ponowna analiza danych oraz numeryczne modele ogólnej cyrkulacji (GCM). Badania paleoklimatyczne pozwalają zrozumieć przeszłe zmiany, a intensywne pomiary polowe (np. eksperymenty INDOEX czy CEPEX) analizują konkretne procesy, jak wpływ pyłów zawieszonych na klimat. Ponieważ systematyczne pomiary rozpoczęto dopiero po II wojnie światowej, kluczowe znaczenie ma ponowna analiza danych, która dzięki technikom asymilacji i danym satelitarnym (dostępnym od lat 60. i 70. XX w.) ujednolica historyczne obserwacje. Do prognozowania przyszłych zmian wykorzystuje się superkomputery z modelami GCM, które opierają się na fizycznych zasadach przepływu powietrza, podobnie jak modele prognozy pogody. Dzięki tym zróżnicowanym metodom naukowcy mogą coraz dokładniej przewidywać skutki ocieplenia i towarzyszące mu zjawiska ekstremalne.