مهم ترین مشخصه گرم شدن کره زمین، افزایش جهانی دمای هوا در نزدیکی سطح زمین است. این دما در انتهای قرن نوزدهم حدود هفتاد و پنج صدم درجه سانتیگراد افزایش پیدا کرده است این در حالی است که بررسی ها نشان می دهد دمای متوسط هوا در زمین در طی یک تا دو هزار سال قبل از نیمه قرن نوزدهم پایدار بوده است. بر اساس بررسی های ناسا سال دو هزار و پنج گرم ترین سال در طی صد و پنجاه سال گذشته خود بوده است. افزایش دما در نقاط مختلف کره زمین متفاوت است. به عنوان مثال از سال هزار و نهصد و هفتاد و نه دمای مناطق خاکی تقریبا با سرعتی دو برابر دمای اقیانوس ها افزایش داشته است. این امر عمدتا به دلیل کاهش دمای اقیانوس ها در پی تبخیر آب و ظرفیت دمایی بالای موثر بیشتر اقیانوس ها می باشد. از سوی دیگر نیمکره شمالی از نیمکره جنوبی با سرعت بیشتری گرم می شود چرا که به نسبت مناطق خاکی بیشتری دارد. این را باید به خاطر داشته باشیم که تولید بیشتر گازهای گلخانه ای در نیمکره شمالی باعث افزایش دما در این نیمکره نشده است چرا که ماندگاری این گازها آنقدر زیاد است که در میان دو نیکمره ترکیب می شود.

This figure was created by Robert A. Rohde from public data and is incorporated into the Global Warming Art project.For more information: http://en.wikipedia.org/wiki/Global_warming#Temperature_changes