כשמחפשים את העדויות להתחממות הגלובלית, יש סימנים רבים שצריך לשים לב אליהם. ברור שצריך להסתכל על טמפרטורת האוויר, אבל מחקר יסודי יותר יבחן גם את כיסוי השלג, המסת הקרח, הטמפרטורה מעל היבשות ומעל הים ואפילו את טמפרטורת מי הים עצמה. הסימנים העיקריים להתחממות, כפי שהם מוצגים בהמשך, מעידים כולם על הכיוון של התחממות גלובלית.

באיור: סימנים להתחממות שמבוססים על מדידות בפני השטח ובים, מדידות טמפרטורה מלוויינים כמו גם מדידות של אי השוויון האנרגטי (ההפרש בין הקרינה הנכנסת לקרינה היוצאת מהחלק העליון של האטמוספירה), של נסיגת קרחונים, קרח ימי, מדפי קרח, עליית פני הים ושינויים במשטר העונות.

פעמים רבות כשמתרחש אירוע מזג אוויר חורפי, כמו שלג משמעותי או גשם בסוף תקופת בצורת, נשאלת שוב השאלה - האם ההתחממות הגלובלית נפסקה? למעשה, ההתחממות הגלובלית כלל לא סותרת את האירועים האלה - כי הם פשוט אירועי מזג אוויר. כשאנחנו מדברים על שינויי אקלים (ולא מזג אוויר), מה שחשוב הוא המגמה ארוכת הטווח, שאותה מודדים על פני עשורים או יותר. המגמה ארוכת הטווח מראה לצערינו, שהעולם עדיין מתחמם.