Om det är en sak som alla sidorna av klimatdebatten kan enas om, är det att klimatet historiskt har förändrats helt naturligt. Långt före industriella tider genomgick planeten många perioder av uppvärmning och avkylning. Detta har lett några till att dra slutsatsen att om globala uppvärmningen ändrats naturligt förr i tiden, långt innan stadsjeepar och plasma-TVs, måste naturen vara orsaken till även den nutida globala uppvärmningen. Denna slutsats står i motsats till vad referensgranskad vetenskap har kommit fram till.  

Vårt klimat styrs av följande principer: När du tillför mer värme till vårt klimat kommer globala temperaturen att stiga. Omvänt, när klimatet tappar värme sjunker temperaturen. Säg att planeten är i en positiv energiobalans. Mer energi kommer in än den som strålar tillbaka ut i rymden. Detta är känt som strålningsdrivning, dvs förändringen av nettoenergi högst upp i vår atmosfär. När jorden upplever positiv strålningsdrivning, ackumulerar klimatet värme och de globala temperaturerna stiger (inte samtidigt överallt, så klart, då interna variationer kommer medföra "brus till signalen")

Hur mycket förändras då temperaturen för en given strålningsdrivning? Detta bestäms av planetens klimatkänslighet. Desto mer känsligt vårt klimat är, desto större blir förändringen i temperatur. Det vanligaste sättet att beskriva klimatets känslighet för CO2 är "förändringen på den globala temperaturen om det sker en fördubbling av CO2 i atmosfären. Vad betyder då detta? Jo, mängden energi som absorberas av CO2 kan beräknas genom att rad för rad gå igenom strålningsutbytes-koder. Detta resultat har experimentellt bekräftas genom satellit- och ytmätningar. Strålningsdrivningen från en fördubbling av CO2 är 3,7 Watt per kvadratmeter (W/m²⁾. (IPCC AR4 Section 2.3.1). När vi pratar om klimatets känslighet mot en fördubbling av CO2, pratar vi om förändringen av globala temperaturer från en strålningsdrivning på 3,7 W/m².

Denna sorts påverkan behöver nödvändigtvis inte komma från CO2, utan kan komma från andra faktorer som orsakar en energiobalans. 

Hur mycket varmare blir det om CO2-halterna dubblas? Om vi levt i ett klimat utan "feedback" (icke-direkta effekter) hade den globala temperaturen ökat med 1.2°C (Lorius 1990). Emellertid så har vårt klimat feedback, såväl positiva som negativa. Den starkaste feedbacken är vattenånga. När temperaturerna ökar, ökar även mängden vattenånga i atmosfären. Vattenångan, även det en växthusgas, gör att temperaturen ökar vilket innebär mer vattenånga i atmosfären osv. Det finns även negativa feedbacks - mer vattenånga skapar mer moln vilka kan ha såväl en värmande som en avkylande effekt. 

Vad är då nettoeffekten? Klimatets känslighet kan beräknas från empiriska observationer. Man behöver hitta en period där vi har temperatur-mätningar och mätningar av olika strålningsdrivningar som fått klimatet att förändras. Har man väl förändringarna i temperatur och strålningsdrivningen kan klimatets känslighet beräknas. Figur 1 visar en sammanfattning av de referensgranskade studierna som beräknat klimatets känslighet från tidigare perioder. (Knutti & Hegerl 2008).

Figur 1: Fördelningen och intervallen för klimatets känslighet från olika bevisrader. Cirkeln visar på det mest sannolika värdet. De tjocka färgade staplarna visar sannolika värden (mer än 66% sannolikhet). Den tunna färgade stapeln visar de mest sannolika värdena (mer än 90 % sannolikhet). Streckade linjer visar ingen ingen konkret övre begränsning. IPCCs sannolika intervall (2 to 4.5°C) och det mest sannolika värden (3°C) visas genom den vertikala grå stapeln respektive den svarta linjen.

Det finns många uppskattningar på klimatets känslighet baserat på instrumentella värden (de senaste 150 åren). Många studier använder observerade yt- och havstemperaturer från 1900-talet  och en uppskattning av strålningsdrivningen. Ett antal olika metoder har använts - enkla eller medelkomplicerade modeller, statistiska modeller eller energibalansberäkningar. Satellitdata för strålningsbudgeten har också analyserat för att dra slutsatser om klimatets känslighet. 

Några nyliga analyser använde välobserverad drivning och responsen på större vulkanutbrott under 1900-talet. Några studier undersökte rekonstruktioner av paleoklimat under det senaste millenniet eller under perioden för omkring 12 000 år sedan, när planeten kom ut från en global istid (Sista glaciära maximat). 

Vad kan vi dra för slutsats från detta? Vi har ett antal oberoende studier som täcker ett antal perioder, studerandes olika aspekter av klimatet och användandes varierande metoder för analys. Alla visar på ett samstämmigt intervall av klimatets känslighet med ett sannolikt värde av 3°C för en fördubbling av CO2. 

De kombinerade bevisen indikerar att netto-feedbacken till strålningsdrivning är signifikant positiv. Det finns inga trovärdiga bevis som visar en väldigt hög eller väldigt låg klimatkänslighet som ett bästa estimat. 

CO2 har orsakat en ackumulering av värme i vårt klimat. Strålningsdrivningen från CO2 är känd för att vara väldokumenterad och bekräftad genom empiriska observationer. Klimatets reaktion på denna uppbyggnad av värme bestäms av klimatets känslighet.

Ironiskt nog, när skeptiker hänvisar till tidigare klimatförändringar, åberopar de i självaste verket bevis för en stark klimatkänslighet och en positiv netto-feedback. Högre klimatkänslighet innebär en kraftigare klimatreaktion från CO2-drivning. Tidigare klimatförändringar är alltså ett bevis i sig.