Se llama cambio climático a la modificación del clima con respecto al historial climático a una escala global o regional. Estos cambios se producen a muy diversas escalas de tiempo y sobre todos los parámetros meteorológicos: temperatura, presión atmosférica, precipitaciones, nubosidad, etc...

Es sinónimo de calentamiento global, pero en realidad también incluiría en general las fases de enfriamiento global y el cambio en los regímenes de las precipitaciones.

La Convención Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático (CMNUCC) utiliza el término cambio climático sólo para referirse al cambio climático provocado por el hombre y al término variabilidad climática para las causas naturales.

En algunos casos, el cambio climático antropogénico se usa para referirse al cambio climático provocado por el hombre. Gracias a la paleoclimatología, la ciencia que estudia el clima pasado de la Tierra, se sabe que la historia climática de la Tierra pasa por fases continuas de cambios climáticos más o menos rápidos y más o menos cíclicos, pasando de las Edades Glaciares a las Edades Interglaciares (considerando millones de años), de los Períodos Glaciares a los Períodos Interlaciares (considerando miles de años), de los momentos de enfriamiento a los momentos de calentamiento (considerando decenas y cientos de años).

En el estudio del cambio climático, es necesario tener en cuenta cuestiones referentes a los campos científicos muy diversos, cómo: Meteorología, Física, Oceanografía, Química, Astronomía, Geografía, Geología y Biología, incluyen muchos aspectos relacionados con este problema, que por tanto pueden considerarse puramente multidisciplinares.

Muchos de los parámetros que influyen en el clima están en cambio lento, pero continuo (actividad solar, características atmosféricas, parámetros dentro o fuera del planeta,...) por lo que el propio clima, a medio y largo plazo, nunca es puramente estático, sino siempre cambiante, más o menos lento, en busca de un nuevo equilibrio dentro del sistema climático que pasa de fases más cálidas a fases más frías. Cuando un cambio climático se produce a una escala temporal limitada, por ejemplo anual, se habla más bien de una anomalía climática que cae típicamente dentro de la variabilidad climática o incluso dentro de la variabilidad meteorológica de la circulación atmosférica (anomalía meteorológica).

En general, el estudio del cambio climático pone de relieve dos fases distintas: la detección del cambio climático, generalmente referida al análisis estadístico de series históricas de datos atmosféricos que constituyen la evidencia experimental, y la atribución de las causas de este cambio, en base a estudios focalizados, que por tanto pueden ser naturales y/o antropogénicos. Sobre la base de estos estudios, se destaca una causa natural hasta el siglo pasado, pero a partir de mediados del siglo XX, la comunidad científica considera que se deben a la acción humana, en forma de alteración del efecto invernadero.

En particular, según el quinto informe sobre el cambio climático del Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC), "el calentamiento global es inequívoco y, desde 1950, muchos de los cambios observados no tienen precedentes en décadas y milenios anteriores. La atmósfera y los océanos se han calentado, la nieve y el hielo han caído, el nivel del mar ha subido y las concentraciones de gases de efecto invernadero han aumentado". Las consecuencias para la comprensión de los problemas del cambio climático, así como su impacto, tienen profundas implicaciones para la sociedad humana, que también tiene que abordarlas desde un punto de vista económico y político.