نوسانات درون اقليم زمين
آب و هوا در آن و به خودي خود، يك سيستم پوياي غيرخطي نامنظم| بي نظم است، اما در بسياري از موارد، مشاهده مي‌شود كه اقليم (يعني وضعيت ميانگين آب و هوا) به درستي ثابت و قابل پيش بيني است. اين مسئله شامل دماي متوسط، ميزان بارش، روزهاي آفتابي، و بسياري متغيرهاي ديگري مي‌شود كه در هر مكاني مي‌توان آن را سنجش نمود. اما، تغييراتي نيز درون محيط زمين وجود دارند كه مي‌تواند بر اقليم آن تاثير بگذارد.
يخبندان
توده‌هاي يخي  به عنوان يكي از حساس ترين شاخصهاي تغيير اقليمي شناخته مي‌شوند، كه عمدتاً طي دوره سرد شدن اقليم افزايش مي‌يابند (مانند دوره كوتاه يخبندان) و در طول گرم شدن آب و هوا  در مقياسهاي متوسط زماني شروع به پسرفت مي‌كنند. افزايش و فروپاشي توده‌هاي يخي، هر دو به نوسان پذيري طبيعي و عمدتاً نيروهاي تشديد كننده خارجي كمك مي‌كند. اما، طي قرن گذشته، توده‌هاي يخي نتوانسته‌اند به حدكافي لايه‌هاي يخي را مجدداً توليد كنند تا جبراني براي يخ‌هاي از دست رفته طي ماه‌هاي تابستاني باشد. (نگاه به پسرفت توده‌هاي يخي از سال۱۸۵۰ به بعد | پسرفت توده يخي)
مهمترين فرآيند‌هاي اقليمي چند ميليون سال اخير چرخه‌هاي يخبندان و درون يخبندان در دوره يخبندان كنوني مي‌باشد. اما واكنش‌هاي داخلي شكل گرفته در چرخه‌هاي ميلانكوويچ| نوسانات گردشي، شامل صفحات يخي قاره‌اي و m۱۳۰ تغيير سطح دريا است كه قطعاً نقش كليدي را درباره تصميم گيري پيرامون اين مسئله ايفا مي‌كند كه چه واكنش اقليمي در بيشتر مناطق مشاهده خواهد شد. تغييرات ديگر، از جمله وقايع هاينريش، حوادث دانسگار اوشگر و داغ‌گلي نورس نشانگر توان بالقوه نوسانات يخبندان است كه حتي در غياب تغييرات گردشي خاص بر اقليم تاثير مي‌گذارد.
نوسان پذيري اقيانوس
تقريباً در مقياس چند دهه، تغييرات اقليمي نيز مي‌تواند از تغييرات درون سيستم‌هاي اقيانوسي/ جوي حاصل شود. بسياري از شرايط اقليمي، مشهود تر از همه ENSO| نوسان جنوبي ال نينو، بلكه شامل نوسان دهه‌اي پاسيفيك، نوسانان اقيانوس اطلس شمالي، و نوسان اقيانوس منجمد جنوبي بوده كه به عنوان شرايطي خاص درون سيستم اقليمي شناخته شده‌اند، كه دست كم در اثر وجود آن‌ها تا حدودي با روشهاي گوناگون گرما توانسته در اقيانوسها ذخيره شده و بين منابع مختلفي جابجا شود. در مقياسهاي زماني طولاني تر، فرآيندهاي اقيانوسي همچون گردش ترمو هالاين نقش كليدي را در توزيع مجدد گرما ايفا مي‌نمايد، و در صورت تغيير توانسته به شدت بر اقليم تاثير بگذارد.
حافظه (بازگشت) اقليمي
بيشتر اشكال نوسان پذيري داخل يك سيستم اقليمي را مي‌توان به شكل پسماند محسوب نمود، به اين مفهوم كه وضعيت جاري اقليم نه تنها بيانگر ورودي‌هاي آن بلكه تاريخچه چگونگي پيدايش و رسيدن به اين مرحله در آن مي‌باشد. مثلاً، يك دهه شرايط خشكسالي مي‌تواند موجب نابودي درياچه‌ها، خشك شدن كامل دشتها و توسعه كويرها  شود. در عوض، اين شرايط مي‌تواند به بارشهاي كمتر در سالهاي جاري بيانجامد. بطور خلاصه، تغيير اقليمي مي‌تواند يك فرآيند خودجوش دائمي باشد زيرا جنبه‌هاي گوناگون محيطي با نسبتهاي متفاوت و به طرق گوناگون نسبت به نوساناتي كه ناگزير روي مي‌دهد، پاسخ مي‌دهند.
عوامل غير اقليمي ايجاد كننده تغيير آب و هوايي
     گازهاي گلخانه‌اي
مطالعات اخير، نشان مي‌دهد كه نيروي تابشي در اثر گازهاي گلخانه‌اي عامل اصلي گرم شدن جهاني مي‌باشد. گازهاي گلخانه‌اي نيز نقش مهمي در درك تاريخچه اقليمي زمين دارند. بر طبق اين مطالعات، اثر گلخانه‌اي كه در اثر به دام انداختن حرارت از سوي گازهاي گلخانه‌اي، توليد گرما مي‌كند، نقشي كليدي در تنظيم دماي زمين دارد.
در طول ۶۰۰ ميليون سال اخير، مقادير دي اكسيد كربن احتمالاً از بيش از ۵۰۰۰ ppm تا كمتر از ۲۰۰ ppm تغيير كرده كه عمدتاً به خاطر تاثير فرآيندهاي زمين شناسي و ابداعات زيست شناسي بوده‌است. با دقتي بيشتر، اين مسئله (توسط وايزر و ديگران ۱۹۹۹) مورد بحث قرار گرفت كه نوسانات در مقادير گازهاي گلخانه‌اي به ازاي ده‌ها مليون تن در سال به خوبي با تغيير اقليمي همبستگي ندارد كه احتمالاً در اين مورد تكتونيك صفحه‌اي نقش غالب تري را ايفا مي‌كند. اما، نمونه‌هاي متعددي از تغييرات سريع در مقادير گازهاي گلخانه‌اي در جو زمين وجود دارند كه ظاهراً با گرم شدن شديد رابطه تنگتنگي دارند از جمله دوره حداكثر سوزان پالئوسن- ايوسن| دوران پالئوسن- ايوسن، دوران انقراض پرمين- ترازئيك| دوران انقراض خزندگان و دايناسورها و پايان دوره يخبندان زمين در ناحيه اسكانديناوي (وارانجيان).
طي دوران جديد، بالا رفتن سطوح دي اكسيد كربن به عنوان عامل اصلي محسوب مي‌شود كه موجب گرم شدن جهان از سال ۱۹۵۰ تاكنون شده‌است.
      تكتونيك (زمين ساختي) صفحه‌اي
در طولاني‌ترين مقياس‌هاي زماني، تكتونيك صفحه‌اي قاره‌ها را جابجا كرده، اقيانوس‌ها را شكل داده، و كوه‌ها را تشكيل داده و از هم جدا مي‌سازد و كلاً به عنوان فرآيندي تعريف شده كه اقليم در آن پديد مي‌آيد. در زمان اخير، حركات صفحه‌اي در مورد تشديد روند دوره يخبندان كنوني بيان شده‌اند زماني در حدود ۳ ميليون سال قبل، كه در آن صفحات (قاره‌اي) آمريكاي شمالي و جنوبي با يكديگر برخورد نمودند تا باريكه پاناما را تشكيل داده و به درهم آميختگي ميان اقيانوسهاي اطلس و آرام پايان دهند.
         نوسان خورشيدي
نوسانات در فعاليت خورشيدي طي چند قرن گذشته بر اساس مشاهدات مربوط به لكه‌هاي خورشيدي و ايزوتوپ‌هاي بريليوم
خورشيد، به عنوان يك منبع فناپذير است تقريباً تمام انرژي سيستم اقليمي را تامين مي‌نمايد، و يك بخش كامل در شكل گيري آب و هواي زمين مي‌باشد. درطولاني ترين مقياسهاي زماني، خورشيد همزمان با اين كه به روند اصلي تكامل خود ادامه مي‌دهد، درخشانتر هم مي‌شود. در ابتداي پيدايش تاريخ زمين| تاريخ زمين، تصور بر اين بود كه آن خيلي سرد بوده تا بتواند مايع آب را بر روي سطح زمين حفظ نمايد، كه اين به موضوعي منجر شد كه تحت عنوان پارادوكس خورشيد جوان بي‌حال شناخته مي‌شود.
در مقياسهاي جديدتر زماني، اشكال متفاوتي از نوسان خورشيدي نيز وجود دارند از جمله چرخه خورشيدي ۱۱ ساله و دوره تغييرات طولانيتر. اما، چرخه ۱۱ ساله لكه خورشيدي به روشني و به خودي خود در داده‌هاي اقليم شناسي ظهور نمي‌كند. اين نوسانات در پيدايش دوره كوتاه يخبندان و برخي موارد مشاهده گرم شدن زمين از سال ۱۹۰۰ تا ۱۹۵۰ تاثير گذار به حساب آمده‌اند.
 تغييرات گردشي
نوسانات گردشي در برخي موارد در تاثيرشان بر اقليم (زمين، موجب توسعه نوسان پذيري خورشيدي مي‌شوند، زيرا نوسانات جزئي در گردش وضعي زمين سبب تغييراتي در توزيع و فراواني نور خورشيد مي‌شود كه به سطح زمين مي‌رسد. يك چنين نوسانات گردشي، تحت عنوان چرخه‌هاي ميلانكويچ، روند كاملاً قابل پيش بيني بر اساس اصول علم فيزيك و در اثر تعاملات دوجانبه زمين و خورشيد و ساير سيارات مي‌باشند. اين نوسانات به عنوان نيروهاي محرك موجود در چرخه‌هاي يخبندان و درون يخبندان از دوره يخبندان كنوني محسوب مي‌شوند. نوسانات پيچيده تري نيز وجود دارند، همچون پيشروي و پسروي مكرر بيابان صحرا در واكنش نسبت به انحراف مسير گردش (وضعي زمين).
     فوران آتشفشان
هر نوع فوران آن كه در زمانهاي مختلف در هر قرن به وجود مي‌آيد، مي‌تواند بر آب و هوا تاثير بگذارد، كه دوره چند ساله‌اي طول مي‌كشد تا سرد شود. مثلاً فوران كوه پيناتوبو در سال ۱۹۹۱، كه اثر آن به ندرت در نماي دماي جهاني قابل مشاهده‌است. فورانهاي عظيم كه تحت نام حوزه‌هاي بزرگ آتشفشاني شناخته مي‌شوند، تنها چند بار در هر صد ميليون سال رخ مي‌دهند، اما قادر است اقليم زمين را براي مليونها سال تغيير داده و موجب انقراض‌هاي دسته جمعي شود. در ابتدا، دانشمندان تصور مي‌نمودند كه غبار پراكنده شده در جو در اثر فورانهاي بزرگ آتشفشاني از طريق مسدود كردن جزئي انتقال تابش خورشيدي به سطح زمين، مسئول سرد شدن آن بوده‌اند. اما، سنجشها نشان مي‌دهد كه بيشتر غبار پراكنده شده در جو ظرف شش ماه به سطح زمين بازمي گردد.
  تاثيرات انساني بر اقليم
عوامل موثر انساني، فعاليتهايي هستند كه به وسيله آن انسانها محيط را تغيير داده و بر اقليم تاثير مي‌گذارند. بزرگترين عامل مورد نظر كنوني افزايش سطح CO۲ در اثر برونده‌هاي مربوط به احتراق سوخت فسيلي است كه در نتيجه آنها ذرات معلق| آئروسل‌ها (ذرات معلق در جو) موجب اعمال اثر سرد سازي (بر اقليم) مي‌شود. عوامل ديگر، از جمله استفاده از زمين، استهلاك ازن، و تخريب جنگلها نيز بر اقليم تاثير گذار هستند.
          سوختهاي فسيلي
نوسانات دي اكسيد كربن در طول 400هزار سال اخير، كه از زمان انقلاب صنعتي افزايش را نشان مي‌دهد.
با آغاز انقلاب صنعتي در دهه ۱۸۵۰ و شتابگيري آن تاكنون، مصرف سوختهاي فسيلي توسط بشر موجب بالا رفتن سطح CO۲ از مقادير ppm ۲۸۰~ تا بيش ازppm ۳۷۰ تا امروز شده‌است. اين ميزان در حال افزايش است تا به بيش از ppm ۵۶۰ پيش از پايان قرن ۲۱ ام برسد. در كنار سطوح فزاينده متان، براي اين تغييرات پيش مي‌شود كه باعث افزايش دمايي حدود c ° ۶/۵-۴/۱ بين سالهاي ۱۹۹۰و ۲۱۰۰ شود. (نگاه كنيد به گرم شدن جهاني)
      آئروسل
اعتقاد بر اين است كه آئروسل‌هاي ساخت بشر، به خصوص آئروسل‌هاي سولفاتي ناشي از احتراق سوخت فسيلي نوعي تاثير سرد كنندگي اعمال نمايد. به نظر مي‌رسد كه اين عامل به همراه نوسان پذيري طبيعي، يك خط تراز نسبي را در نمودار دماهاي قرن بيستم در اواسط قرن منظور مي‌نمايد.

       بهره برداري از زمين
پيش از استفاده گسترده از سوخت فسيلي، بزرگترين تاثير بشري بر اقليم محلي احتمالاً از استفاده از زمين حاصل مي‌شده‌است. آبياري، تخريب جنگلها، و كشاورزي اصولاً باعث تغيير محيط مي‌شود. مثلاً، ، آنها ميزان آب ورودي و خروجي از يك مكان خاص را تغيير مي‌دهند. آنها همچنين مي‌توانند با تاثيرگذاري بر پوشش زمين و تغيير مقدار نور خورشيد كه جذب مي‌شود، بازتابش ناحيه‌اي آن را دستخوش تغيير سازند. مثلاً شواهدي موجود است كه تاييد مي‌كند اقليم يونان و ديگر كشورهاي حوزه مديترانه دائماً دراثر تخريب جنگلها بين سال ۷۰۰ قبل از ميلاد تا زمان ميلاد تغيير كرده است(چوب اين جنگلها براي ساختن كشتي، ساختمان و به عنوان سوخت استفاده مي‌شد)، كه در نتيجه آن اقليم جديد در منطقه عمدتاً داغ تر و خشك تر شده و گونه‌هاي درختي كه در دنياي باستان براي ساختن كشتي بكار مي‌رفته ديگر در اين ناحيه يافت نمي‌شوند. فرضيه جنجالي ويليام روديمن فرضيه آنترو پوسن اوليه / مي‌گويد افزايش كشاورزي و به همراه آن تخريب جنگلها موجب افزايش دي اكسيد كربن و متان طي دوره ۸۰۰۰-۵۰۰۰ سال گذشته شده‌است. اين افزايشها كه به تنزلهاي گذشته بر مي‌گردد، مي‌تواند مسئول تاخير در آغاز دوره يخبندان بعدي بر طبق فرضيه روديمن شود.
      تاثير متقابل عوامل
اگر يك عامل خاص (مثلاً نوسان خورشيدي) در جهت تغيير اقليم عمل كند، پس ساز و كارهايي مي‌تواند وجود داشته باشند كه سبب تشديد يا كاهش اثرات (آن) شوند. اين موارد را نيز بازخورد مثبت| مثبت و بازخورد منفي| منفي مي‌نامند. تا آنجا كه معلوم است، كلاً سيستم اقليمي با توجه به اين بازخوردها پايدار است: بازخوردهاي مثبت مهار نشدني نيستند. بخشي از دليل آن، مربوط به وجود يك بازخورد قدرتمند منفي بين دما و تابش پراكنده شده‌است: تابش متناسب با توان چهارم دماي مطلق افزايش مي‌يابد.
اما، تعدادي از بازخوردهاي مهم مثبت نيز وجود دارند. چرخه‌هاي يخبندادن و درون يخبندان از دوره يخبندان فعلي بيانگر يك نمونه مهم مي‌باشد. باور بر اين است كه نوسانات گردشي (زمين) براي پيشروي و پسروي صفحات يخي زمان بندي ايجاد مي‌كند. اما، خود اين لايه‌ها نور خورشيد را به فضا منعكس مي‌كنند و از اين رو باعث ارتقاء سرد شدن و رشد خود مي‌شوند، كه تحت عنوان بازخورد بازتابش- يخ شناخته مي‌شود. علاوه بر اين، پايين آمدن سطوح دريا و گسترش يخ رشد گياهي را كاهش داده و به طور غير مستقيم باعث افت ميزان دي اكسيد كربن و متان مي‌شود. اين عامل سبب سرد شدن بيشتر مي‌شود. همينطور، به عنوان مثال، بالا رفتن دماها در اثر برونده‌هاي انساني گازهاي گلخانه‌اي مي‌تواند به پسروي لايه‌هاي يخي بيانجامد كه سطح تيره تر زيرين زمين را آشكار مي‌نمايد، و در نتيجه به جذب بيشتر نور خورشيد منجر خواهد گرديد.
بخار آب، متان، و دي اكسيد كربن نيز مي‌توانند به عنوان بازخوردهاي مهم مثبت عمل نمايند، و با بالا رفتن سطوح خود در پاسخ به روند گرم شدن، بدينوسيله آن روند را شتاب بخشند. بخار آب قطعاً به عنوان يك بازخورد (به استثناي مقادر اندك آن در استراتوسفر) بر خلاف ديگر گازهاي گلخانه‌اي اصلي مي‌تواند به عنوان عوامل موثر عمل كند.
بازخوردهاي پيچيده تر شامل احتمال تغيير الگوهاي گردشي در اقيانوس يا جو مي‌باشند. مثلاً، نگراني مهم در دوران جديد، ذوب شدن توده يخي گرينلند است كه همراه با تن نشست آبها در قطب شمال و ايجاد مانع بر سر گردش ترموهالاين خواهد بود. اين مسئله مي‌توانست بر جريان خليج و توزيع گرما به اروپا و ساحل شرقي ايالات متحده اثر بگذارد. ديگر بازخوردهاي بالقوه به خوبي قابل درك نمي‌باشند و ممكنست موجب جلوگيري يا افزايش روند گرم شدن بشوند. مثلاً، معلوم نيست كه آيا بالا رفتن دماها موجب افزايش يا جلوگيري رشد گياهي (نباتي) مي‌شود كه اين در عوض مي‌تواند كمابيش ميزان دي اكسيد كربن را تنزل دهد. همچنين، افزايش دما مي‌تواند كمابيش باعث ايجاد پوشش ابر شود. چون اين موضوع در پوشش متوازن ابري داراي اثر سرد كنندگي مي‌باشد، هرگونه تغييري در افزايش ابرها نيز مي‌تواند بر آب و هوا اثر بگذارد.