地球の46億年の歴史の中では、ダイナミックな気候変動が起こり、氷期（寒い時期）と間氷期（暖かい時期）が繰り返されてきた。特に最近の気候変動に着目すると、約2万年前に「最終氷期」が最盛期（最も寒い時期）を迎えた後、約1万年前に温暖な「後氷期」に移りかわり、約6千年前に最も気温が上昇したと考えられている。
　約6千年前の関東地方は、現在より平均海水温が約2℃、海面が約4m高くなっていたとされ、平野の低いところでは陸地の奥まで海が入り込んでいた。この現象を“縄文海進”といい、縄文時代の貝塚の分布や地層などを詳しく調べることで、当時の海岸線の位置や海の古環境が推定されている。これによると、現在の東京・日比谷周辺も、当時は海（入り江）だったと考えられている。
　縄文時代の地球温暖化が、氷期から間氷期へ移る自然のサイクルであったのに対し、いま起きている地球温暖化は、化石燃料の排出など人為的な要因が大きいとされている。

　南極の氷床コアを用いて、各年代の大気中の二酸化炭素濃度を推定すると、工業化以前の1750年頃には278ppm^※程度であったと推定されている。一方、1950年代後半以降の二酸化炭素濃度は、季節変動を繰り返しながら年々増加する傾向にあり、2019年の世界平均濃度は410.5 ppmとなっており、産業革命以前と比べて48%増加している。このように二酸化炭素濃度が急激に増加している原因は、人間活動にともなう石油・石炭などの化石燃料の消費や、森林破壊などの土地利用の変化などといわれている。
　二酸化炭素は、地表から放射される熱（赤外線）を吸収し、再び地表を暖める効果がある「温室効果ガス」の1つである。温室効果ガスは、地球の平均気温を約15℃に保つ役割を果たしており、もし温室効果ガスがなければ、地球の平均気温は-18℃になると考えられている。しかし一方で、産業革命以降の二酸化炭素濃度の上昇は、今日の地球温暖化の主な要因であるとされ、その排出量削減に向けて国際的な取り組みが進められている。