El registro de temperaturas muestra las fluctuaciones de la temperatura de la atmósfera y de los océanos a través de varios tramos de tiempo. La información más detallada existente comienza en 1850, cuando empiezan los registros metódicos de termometría. Existen numerosas estimaciones de temperaturas desde finales de la glaciación del Pleistoceno, particularmente durante la época del Holoceno, y periodos más antiguos son estudiados por la paleoclimatología.
Los cambios de temperatura varían a lo largo del mundo, pero desde 1880, la temperatura promedio de la superficie de la Tierra ha aumentado alrededor de 0.8 °C.[1] La velocidad de calentamiento casi se duplicó en la segunda mitad de dicho periodo (0.13 ± 0.03 °C por década, versus 0.07 ± 0.02 °C por década). El efecto isla de calor es muy pequeño, estimado en menos de 0.002 °C de calentamiento por década desde 1900.[2] Desde 1979 y según las mediciones de temperatura por satélite, las temperaturas en la troposfera inferior se han incrementado entre 0.13 y 0.22 °C por década. Los proxies climáticos demuestran que la temperatura se ha mantenido relativamente estable durante mil o dos mil años hasta 1850, con fluctuaciones que varían regionalmente tales como el período cálido medieval y la Pequeña edad de hielo.[3]
El calentamiento que se evidencia en los registros de temperatura instrumental es coherente con una amplia gama de observaciones, de acuerdo con lo documentado por muchos equipos científicos independientes.[4] Algunos ejemplos son la subida del nivel del mar debido a la fusión de la nieve y el hielo y la expansión del agua al calentarse por encima de 3.98 °C (dilatación térmica),[5] el derretimiento generalizado de la nieve y el hielo con base en tierra,[6] el aumento del contenido oceánico de calor,[4] el aumento de la humedad[4] y la precocidad de los eventos primaverales,[7] por ejemplo, la floración de las plantas.[8] La probabilidad de que estos cambios pudieran haber ocurrido por azar es virtualmente cero.[4]
Mucho del calentamiento observado ocurrió durante dos periodos: 1910 a 1945 y 1976 a 2000; la zona de enfriamiento de 1945 a 1976 ha sido mayormente atribuida al aerosol de sulfato.[9] Sin embargo, un estudio en 2008 sugirió que la caída de temperatura de cerca de 0.3 °C en 1945 se podría deber al aparente resultado de sesgos instrumentales no corregidos en la temperatura del mar.[10]
Dieciséis de los diecisiete años más cálidos del registro instrumental han ocurrido desde 2000.[11] Pese a que los años récords pueden atraer considerable interés público, los años individuales son menos significativos que la tendencia general. Debido a ello algunos climatólogos han criticado la atención que la prensa popular da a las estadísticas del «año más caluroso»; por ejemplo, Gavin Schmidt señaló que «las tendencias a largo plazo o la serie prevista de récords son mucho más importantes que si un año particular es récord o no».[12]