Phản ứng của hệ thống khí hậu với yếu tố tác động ban đầu được điều chỉnh bởi phản hồi: gia tăng nếu là phản hồi tự củng cố và giảm thiểu nếu là phản hồi cân bằng. Các phản hồi củng cố chính là phản hồi hơi nước, phản hồi băng–suất phản chiếu và có thể là hiệu ứng ròng của mây. Trong khi phản hồi cân bằng chính đối với sự gia tăng nhiệt độ bề mặt là làm mát bức xạ, hay nhiệt thoát vào không gian dưới dạng bức xạ hồng ngoại. Bên cạnh những phản hồi nhiệt độ, còn có những phản hồi trong chu trình carbon như hiệu ứng tích cực của CO2 đối với sự sinh trưởng của thực vật. Việc không biết chắc về những phản hồi là lý do chính giải thích tại sao những mô hình khí hậu khác nhau dự đoán các cấp độ ấm lên khác nhau cho cùng một lượng phát thải.Khi không khí ấm hơn, nó có thể lưu giữ nhiều ẩm hơn. Khí quyển sau lần ấm lên ban đầu do hành động phát thải khí nhà kính sẽ lưu giữ nhiều nước hơn. Vì hơi nước là một khí nhà kính hiệu nghiệm nên điều này càng làm khí quyển ấm thêm. Nếu mây che phủ gia tăng thì ánh sáng mặt trời sẽ bị phản chiếu nhiều hơn vào không gian giúp làm mát hành tinh. Còn nếu mây trở nên cao và mỏng hơn, chúng sẽ có vai trò như một thứ cách ly phản xạ nhiệt từ bên dưới quay trở lại và làm ấm hành tinh. Tổng quan, phản hồi mây ròng trong thời đại công nghiệp khả năng đã thúc đẩy sự gia tăng nhiệt độ. Diện tích tuyết phủ và băng biển giảm ở vùng Bắc Cực làm giảm suất phản chiếu của bề mặt Trái Đất. Ở những nơi đó giờ đây năng lượng Mặt trời bị hấp thu nhiều hơn, góp phần khuếch đại sự thay đổi nhiệt độ vùng Bắc Cực. Khuếch đại vùng Bắc Cực còn làm tan tầng băng giá vĩnh cửu, giúp giải phóng methane và CO2 vào khí quyển.Khoảng một nửa lượng CO2 con người phát thải đã được thực vật mặt đất và đại dương hấp thụ. Trên mặt đất, CO2 gia tăng và mùa sinh trưởng kéo dài kích thích thực vật phát triển. Mặt khác, biến đổi khí hậu làm tăng hạn hán và sóng nhiệt, ngăn chặn sự phát triển của thực vật khiến không thể biết chắc bể chứa carbon này sẽ ra sao trong tương lai. Đất chứa lượng lớn carbon và có thể giải phóng một phần khi chúng nóng lên. Khi đại dương hấp thu thêm CO2 và nhiệt, chúng bị acid hóa, hoàn lưu của chúng thay đổi và thực vật phù du tiếp nhận ít carbon hơn, làm giảm tốc độ hấp thu carbon khí quyển của đại dương. Biến đổi khí hậu có thể làm tăng khí thải methane từ đất ngập nước, tầng băng giá vĩnh cửu, các hệ nước ngọt và nước mặn.
Phản ứng của hệ thống khí hậu với yếu tố tác động ban đầu được điều chỉnh bởi phản hồi: gia tăng nếu là phản hồi tự củng cố và giảm thiểu nếu là phản hồi cân bằng. Còn nếu mây trở nên cao và mỏng hơn, chúng sẽ có vai trò như một thứ cách ly phản xạ nhiệt từ bên dưới quay trở lại và làm ấm hành tinh.