بحسب القانون الأول للديناميكا الحرارية (حفظ الطاقة) عندما تكون الحالة مستقرة، فإن تدفق الطاقة من الشمس إلى الأرض على شكل موجات قصيرة يجب أن يكون بشكل متوازن على المدى الطويل (ليس بشكل لحظي) مع تدفق الطاقة على شكل حرارة منخفضة (الأشعة تحت الحمراء) أو موجات ضوئية طويلة. ففي حال عدم وجود توازن، ستزداد سخونة الأرض أو برودتها. تتدفق الموجات الطويلة حاليا بصورة أقل من تدفق القصيرة بسبب تأثير الاحتباس الحراري. ويتغير مناخ الأرض حاليا بسبب هذا الخلل.

هناك النظم الطبيعية مثل الأنهار الجليدية والغابات والمياه العميقة التي من شأنها أن تسرع أو تبطئ عجلة التغيرات المناخية. معظم هذه العمليات تتم بشكل دوري يومي أو شهري أو سنوي حتى لفترات زمنية أطول. وكمثال على ذلك العصور الجليدية التي تبدو أنها دورية، ولكن بدورات طويلة جدا. وبالتالي يجب أن تتم المقارنات المناخية بين الحاضر وأوقات سابقة في تاريخ الأرض بكثير من الحذر لمثل هذه الظواهر الدورية. التغير المناخي للكرة الأرضية، هو فائض الحرارة اللازمة لرفع درجة حرارة الأرض، بمعدل درجة مئوية واحدة، هو 3.7 واط لكل متر مربع (3.7 ميجا واط للكيلو متر المربع) من السطح. وهي بعملية حسابية بسيطة عبارة عن زيادة كثافة غازات الاحتباس الحراري (ثاني أكسيد الكربون) من 180 جزءا في المليون بالعودة إلى ما كان عليه الحد الجليدي الأقصى، إلى 280 جزءا في المليون نحو عام 1800 سيكون معادلا لزيادة مدخلات الطاقة الشمسية في أعلى الغلاف الجوي بنحو (180 /280 ) × 3.7 = 2.37 واط للمتر المربع. وهذا، بدوره من شأنه رفع درجة حرارة الأرض بنحو 0.64 درجة مئوية. ارتفع متوسط درجات الحرارة العالمية في الواقع منذ الحد الجليدي الأقصى الأخير منذ 100 ألف سنة نحو خمس درجات مئوية. (الحسابات ليست دقيقة بما يكفي لتقدير مدى دقة الخطأ) وعلى افتراض أنه يمكن أن يعزى هذا الاختلاف إلى زيادة تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي، يجب أن يكون هناك معامل تضخيم كبير، بسبب "التغذية المرتدة" للنظام. وباختصار، يبدو أن معامل التضخيم يقرب 5 / 0.64 = 7.8. ومع ذلك، يفترض الخبراء المختصون بالتغير المناخي في المنظمات الحكومية أن معامل تضخيم أقل بكثير في الوقت الراهن ويراوح بين 3.1 و 4.5. بعيدا عن المبالغة في تقييم هذا الخطر، لكنهم ربما لم يعطوه الأهمية التي يستحقها.

من الواضح، أنه لا تزال هناك فجوة غير منطقية بين النتيجة التي توصل إليها الخبراء ومعامل التضخيم 7.8 الذي تم حسابه بناء على البيانات المناخية الموجودة عن فترات السابقة. فالاختلاف بين النتيجتين يعود إلى نماذج الدوران العامة المستخدمة حاليا من قبل الخبراء المختصين بالتغير المناخي في المنظمات الحكومية، ويجب أن يعكس معامل 7.8 ردودا أخرى لم تؤخذ بعين الاعتبار بشكل صريح في هذه النماذج. هناك تأثير محتمل لم يؤخذ في عين الاعتبار حتى الآن، قد يكون تغير "الحزام الناقل" بين سطح المحيط والتيارات العميقة.

ما يحدث في الغلاف الجوي له تأثير كبير في المحيطات التي تعتبر إلى حد بعيد نظام تخزين رئيسا للحرارة في المدى القصير إلى المتوسط، فقد قامت بامتصاص 93 في المائة من الزيادة في ارتفاع درجة حرارة الكرة الأرضية بين عامي 1971 و2010، وفقا للخبراء المختصين بالتغير المناخي في المنظمات الحكومية. ولكن من المرجح أن تؤدي قدرة المحيطات على مواصلة امتصاص الحرارة إلى التمدد الحراري، الذي يسبب ارتفاع مستويات البحار.