Face au réchauffement climatique, l'Académie des Sciences américaine note, dans un rapport de 2002 : « il est important de ne pas adopter d'attitude fataliste en face des menaces posées par le changement de climat. (…) Les sociétés ont dû faire face à des changements du climat graduels ou abrupts durant des millénaires et ont su s'adapter grâce à des réactions diverses, telles que s'abriter, développer l'irrigation ou migrer vers des régions plus hospitalières. Néanmoins, parce que le changement du climat est destiné à continuer dans les prochaines décennies, dénier la possibilité d'événements climatiques abrupts ou minimiser leur impact dans le passé pourrait s'avérer coûteux. ».
La montée du niveau de la mer est évaluée entre 18 et 59 cm d'ici 2100 par le 4e rapport du Giec. Cette montée s'ajoute à des phénomènes non climatiques entraînant un enfoncement du sol (charge des sédiments dans les deltas des fleuves, pompage des eaux souterraines, extraction de gaz et de pétrole). Les populations de certaines îles de l'océan Pacifique ou de l'océan Indien sont directement menacés, car ils pourraient voir une partie de leur territoire submergée (Ex: Les îles Maldives, Tuvalu). Mais l'ensemble des populations vivant dans des régions côtières (soit plus de cinq cent millions de personnes) risquent de voir leur environnement dégradé (érosion du littoral, salinité des aquifères, disparition des zones humides, inondations permanentes).
En France, des études sont menées pour évaluer l'impact de la montée des eaux sur le littoral d'ici 2100 et les aménagements à envisager.
L'accroissement de l'évaporation devrait augmenter localement la pluviosité hivernale, sauf dans les pays méditerranéens qui verraient la sècheresse s'accentuer, dans un contexte où la violence et / ou la fréquence et gravité des aléas climatiques pourraient croître.
En zone tempérée (hors des zones arides qui pourraient le devenir encore plus) et circumpolaire, dans un premier temps, la conjonction du réchauffement et de l'augmentation du taux de CO dans l'air et les pluies pourrait accroître la productivité des écosystèmes. L'agriculture du Nord des États-Unis, du Canada, de la Russie et des pays nordiques pourrait peut-être en profiter, mais des signes de dépérissement forestier semblent déjà visible dans ces zones.
On ignore aussi à partir de quand les écosystèmes marins réagiront négativement à l'acidification des océans qu'entraîne la dissolution de quantités croissantes de CO. Des organismes tels que levures ou plantes (ex : Arabidopsis thaliana) sont - grâce à une seule protéine (histone H2A.Z) pour l'arabette - sensibles à des variations de température de moins de 1 °C, qui suffisent via cette protéine à modifier l’enroulement de l’ADN sur lui-même, ce qui contrôle l’accès à l’ADN de certaines molécules inhibant ou activant plusieurs dizaines de gènes. Ceci devrait aider à mieux comprendre certains effets (sur les gènes) du réchauffement climatique.
Le Comité économique et social européen dans son avis du 3 février 2009 note que des études comparatives concluent à un bilan de l'agriculture bio en moyenne meilleur (au regard de la consommation de matières premières et d'énergie et au regard du carbone stocké ou des émissions de gaz à effet de serre) que celui de l'agriculture dite conventionnelle, même si l'on tient compte des rendements moindres de l'agriculture bio, ce qui a justifié que le gouvernement allemand, l'intègre parmi les moyens de lutter contre le changement climatique).
LE CESRE rappelle aussi qu'une agriculture réorientée et adaptée pourrait selon divers spécialistes et ONG aussi contribuer à tamponner ou freiner les effets du réchauffement (Cool farming)).
Le comité ne cite pas les agrocarburants comme une solution, citant le climatologue Paul Crutzen selon qui les émissions de protoxyde d'azote induites par la culture et production de biodiesel, suffisent, dans certaines conditions à faire que le méthylester de colza puisse avoir des effets climatiques pires que ceux du diesel fait avec du pétrole fossile. Le comité, pose aussi la question des fumures traditionnelles et se demande « si l'utilisation intégrale des plantes, telle qu'elle est prévue dans le cadre des biocarburants de la deuxième génération, ne risque pas de porter atteinte aux objectifs fixés en matière de développement de la couche d'humus », c'est-à-dire de contribuer à encore épuiser la matière organique des sols. Le comité repose la question de l'écobilan des biocarburants en citant une étude comparative, de l'Empa qui a conclu que pour parcourir 10 000 km une Volkswagen Golf nécessitait, avec les rendements observés en Suisse, 5 265 m2 de colza (biodiesel) contre 37 m2 de panneaux solaires (soit 134 fois moins).
Selon une étude conduite par Thomas Veblen, professeur de géographie à l'Université du Colorado, coauteur avec l'Institut de géophysique américain, menée sur des parcelles forestières de l'ouest des États-Unis sur les périodes 1955/1994 et 1998/2007, en 30 ans, un réchauffement moyen de 0,5 °C a déjà doublé le taux de mortalité des arbres des grandes forêts de l'ouest américain, en favorisant les sècheresses et pullulations de ravageurs (dont scolytes qui ont par exemple détruit environ 1,4 million d'hectares de pins dans le nord-ouest du Colorado).
Selon cette étude, le manque de neige induit un déficit hydrique et un allongement des sècheresses estivales, avec multiplication des incendies, ce qui laisse craindre des impacts en cascade sur la faune et les écosystèmes.
L'augmentation de la mortalité touche des arbres (feuillus et conifères) de toutes les tailles et différentes essences et à toutes les altitudes. Dans le nord-ouest américain et le sud de la Colombie Britannique (Canada), le taux de mortalité dans les vieilles forêts de conifères a même doublé en 17 ans (c'est une fois et demie plus rapide que la progression du taux de mortalité des arbres des futaies californiennes où ce taux a été multiplié par deux en 25 ans). L'accélération de la mortalité a été moindre dans les forêts de l'ouest ne bordant pas le Pacifique (dans le Colorado et l'Arizona), mais « un doublement de ce taux de mortalité finira par réduire de moitié l'âge moyen des arbres des futaies, entraînant une diminution de leur taille moyenne », estime T Veblen qui craint aussi une moindre fixation du CO de l'atmosphère et qui appelle à « envisager de nouvelles politiques permettant de réduire la vulnérabilité des forêts et des populations », notamment en limitant l'urbanisation résidentielles dans les zones vulnérables.
En France, selon les prévisions de l'INRA, plusieurs essences ne survivront pas dans la moitié sud de la France et plusieurs ravageurs des arbres pourraient continuer à remonter vers le nord.
Une diminution des glaces polaires arctiques a ouvert de nouvelles routes commerciales pour les navires, et rendrait accessibles des ressources sous-marines de pétrole ou de matières premières, mais avec des conséquences néfastes sur nombre d'espèces, comme le plancton ou les poissons à haute valeur commerciale.
L'accès à ces matières premières en des zones désormais accessibles risque d'être source de conflit entre pays côtiers de l'océan Arctique. Ainsi, les États-Unis et le Canada ont-ils protesté lorsque, le 2 août 2007, la Russie planta son drapeau au fond de l'océan sous le pôle Nord.
Un rapport de 700 pages de sir Nicholas Stern, économiste anglais, estime que le réchauffement climatique entrainerait un coût économique de 5 500 milliards d'euros en tenant compte de l'ensemble des générations (présente et futures) ayant à en subir les conséquences.
En 2007, pour la première fois, le World monuments fund (WMF, Fonds mondial pour les monuments) a introduit les modifications climatiques dans la liste des menaces pour 100 sites, monuments et chefs-d’œuvre de l’architecture menacés, les autres menaces principales étant les guerres et conflits politiques, et le développement industriel et urbain anarchique.
Des conséquences des phénomènes climatiques sont redoutées, non seulement sur l'économie, mais également sur la santé publique : le quatrième rapport du Giec met en avant certains effets sur la santé humaine, tels que « la mortalité associée à la chaleur en Europe, les vecteurs de maladies infectieuses dans diverses régions et les allergies aux pollens aux latitudes moyennes et élevées de l’hémisphère nord ».
Les changements climatiques pourront modifier la distribution géographique de certaines maladies infectieuses. Des températures élevées dans les régions chaudes pourraient réduire l'extension du parasite responsable de la bilharziose. Mais le paludisme fait sa réapparition au nord et au sud des tropiques. Aux États-Unis, cette maladie était en général limitée à la Californie, mais depuis 1990, des épidémies sont apparues dans d'autres États, tels le Texas, la Floride, mais aussi New York. Il est également réapparu dans des zones où il était peu fréquent, telles le sud de l'Europe et de la Russie ou le long de l'océan Indien. On constate également que les moustiques et les maladies qu'ils transmettent ont gagné en altitude.
Sous les climats tempérés, le réchauffement climatique réduirait le nombre de décès induit par le froid ou les maladies respiratoires. Cependant, l'augmentation de la fréquence des canicules estivales augmenterait le nombre de décès en été. Il est difficile de savoir quel sera le bilan global, et si une diminution de l'espérance de vie en découlera.
Selon un rapport de 2003 commandé par le Pentagone et selon un rapport de 2007 de l'UNEP, le réchauffement climatique pourrait entraîner des phénomènes de déstabilisation mondiale, avec des risques de guerre civile.
En 2009, l'AIE constate - en raison de la crise - une baisse de réduction de la consommation d'énergie, mais aussi une baisse des investissements en économies d'énergie (un cinquième en moins en 2009), L'AIE redoute une nouvelle hausse induite par une éventuelle reprise de l'économie. Il faudrait selon cette agence investir 10 500 milliards de dollars d'ici 2030 pour « décarboner » l'économie afin de limiter l'impact sur le climat (c'est le scénario 450 ppm de CO2 à ne pas dépasser pour que le réchauffement ne dépasse pas 2 °C en 2100). Avec la poursuite du scénario tendanciel (+1,5 % par an de consommation d'énergie de 2007 à 2030, soit + 40 % au total), c'est une hausse moyenne de 6 °C qui pourrait conclure le 21 e siècle.