Hệ thống khí hậu trải qua những chu kỳ khác nhau mà có thể kéo dài hàng năm (như El Niño–Dao động phương Nam), hàng thập kỷ hay thậm chí thế kỷ. Những thay đổi khác có nguyên nhân từ sự mất cân bằng năng lượng "nằm ngoài" hệ thống khí hậu nhưng không phải luôn luôn bên ngoài Trái Đất. Ví dụ về yếu tố chi phối bên ngoài bao gồm thay đổi trong thành phần khí quyển (nồng độ khí nhà kính tăng), độ sáng mặt trời, phun trào núi lửa, biến động trong quỹ đạo Trái Đất quanh Mặt trời.Để xác định vai trò của con người làm khí hậu thay đổi cần loại trừ tính biến đổi của khí hậu bên trong và những yếu tố tự nhiên bên ngoài. Một phương pháp then chốt là xác định những "dấu chỉ" độc nhất cho mọi nguyên nhân tiềm tàng rồi so sánh chúng với những mô hình biến đổi khí hậu đã quan sát. Ví dụ, có thể loại Mặt trời ra khỏi nhóm nguyên nhân chính do đặc điểm của nó là làm ấm toàn bộ khí quyển chứ không phải chỉ hạ tầng khí quyển như được dự kiến từ khí nhà kính (thứ giam nhiệt năng tỏa ra từ bề mặt). Tính chất của biến đổi khí hậu gần đây cho thấy khí nhà kính gia tăng là nguyên nhân chủ yếu nhưng sol khí cũng đóng vai trò đáng kể.
Hệ thống khí hậu trải qua những chu kỳ khác nhau mà có thể kéo dài hàng năm (như El Niño–Dao động phương Nam), hàng thập kỷ hay thậm chí thế kỷ. Ví dụ, có thể loại Mặt trời ra khỏi nhóm nguyên nhân chính do đặc điểm của nó là làm ấm toàn bộ khí quyển chứ không phải chỉ hạ tầng khí quyển như được dự kiến từ khí nhà kính (thứ giam nhiệt năng tỏa ra từ bề mặt).