Unter dem Klima versteht man die für einen Ort, eine Region oder die ganze Erde typischen, nur langfristig schwankenden atmosphärischen Bedingungen (Luftdruck, Temperatur, Niederschläge, Windverhältnisse usw.). Dagegen bezeichnet die Meteorologie kurz- und mittelfristige atmosphärische Schwankungen als Wetter bzw. Witterung.
Einer der wichtigsten Faktoren für das Erdklima ist der sog. Treibhauseffekt. Darunter versteht man allgemein die die Erwärmung eines Raumes, der von einem Medium umschlossen wird, das für Sonnenlicht transparent ist, infrarote Wärmestrahlung dagegen absorbiert (also z. B. ein Treibhaus). Dieses Verhalten zeigen nicht nur Glas, sondern auch die Gase der Erdatmosphäre, insbesondere Wasserdampf und Kohenstoffdioxid (CO2), aber auch noch weitere, nur in Spuren vorkommende Treibhausgase (z. B. Ozon, Methan CH4, oder Lachgas, N2O). Ohne den natürlichen Treibhauseffekt läge die Erdmitteltemperatur bei –18 °C.
Die Stärke des natürlichen Treibhauseffekts hängt empfindlich von der Konzentration der Treibhausgase ab. Betrachtet man das Spektrum der von der Erde an den Weltraum abgegebenen Wärmestrahlung, erkennt man ein „Fenster“ mit nur geringer Absorption bei Wellenlängen um etwa 10 µm (Abb.). Da der Mensch seit Beginn der Industrialisierung die CO2-Konzentration in der Atmosphäre mehr als verdoppelt, nimmt die Absorption zu, das Fenster schließt sich und der Treibhauseffekt wird anthropogen (griech. „menschengemacht“) verstärkt. Dieser Effekt ist heute meistens gemeint, wenn über den Klimawandel oder die globale Erwärmung gesprochen wird.
In der Erdgeschichte gab es immer wieder auch natürliche Klimaänderungen, die jeweils auch mit deutlichen Variationen in der Konzentration der Treibhausgase einhergingen. Beunruhigend am aktuellen Geschehen sind jedoch zum einen das wesentlich höhere Tempo des derzeitigen Klimawandels und zum anderen die extremen Auswirkungen von Klimaänderungen im geologischen Maßstab wie das Auslösen oder Zusammenbrechen von globalen Vereisungen, Aussterben großer Tiergruppen wie der Dinosaurier oder Meeresspiegelschwankungen um 10–100 m.