Veranderingen in het klimaat kunnen verschillende oorzaken hebben. Menselijke activiteiten hebben hier invloed op, maar ook niet-menselijke activiteiten. Zo kunnen bijvoorbeeld verschuivingen van continenten en zeestromen, vulkaanuitbarstingen, fluctuerende zonneactiviteit, het chaotisch gedrag van de atmosfeer en El Niño de temperatuur op aarde beïnvloeden.
Hierna wordt besproken wat invloed heeft op klimaatverandering.

De zon
Uit onderzoek is gebleken dat de kracht van de zon tegenwoordig een stuk groter is dan vroeger wat tot gevolg heeft dat er meer zonnestraling op de aarde komt dan vroeger.
De activiteit van de zon vertoont een duidelijke cyclus van 11 jaar. Als de zon actiever is vertoont haar oppervlak zowel meer zonnevlekken als meer explosieve fakkels. Sinds 1979 zijn er nauwkeurige satellietwaarnemingen beschikbaar waaruit blijkt dat de intensiteit van de zonnestraling in de pas loopt met die 11-jarige cyclus van zonneactiviteit. Maar de 11-jarige variaties in de zonnestraling zijn klein en daarom verwacht men dat ze maar beperkte invloed hebben. In de waarnemingen zijn ze dan ook niet of nauwelijks terug te vinden. Daarnaast zijn er aanwijzingen dat de activiteit van de zon ook langzame variaties vertoont. Deze langzame variaties zouden wel een merkbare invloed op het klimaat hebben en mogelijk hebben bijgedragen aan de lage wintertemperaturen in de zeventiende eeuw en aan de opwarming in de eerste helft van de twintigste eeuw. Ook wordt wel gesuggereerd dat de zon nog op een andere manier dan via de zonnestraling invloed zou kunnen hebben op het klimaat. Ook lijkt er een verband te bestaan met de hoeveelheid bewolking op aarde.
De warmte die op aarde uiteindelijk het gevolg is van de instraling van de zon resteert na absorptie en reflectie. De mate waarin de aarde het invallende zonlicht reflecteert wordt de albedo van de aarde genoemd. Veranderingen in de albedo van de aarde kunnen grote gevolgen voor het klimaat op aarde hebben.
Weinig zonactiviteit geeft weinig UV en heeft tot resultaat een dunner ozonlaag wat weer zorgt voor een afname van de temperatuur. Veel zonactiviteit daarin tegen geeft veel UV en een dikkere ozonlaag wat een temperatuur toename tot gevolg heeft.

De 80- jarige cyclus in zonneactiviteit, die is ontdekt is significant. Hij valt samen met de temperatuurstijging van de Aarde rond 1940 en de afkoeling rand 1960-1970, en de recente opwarming.
Waar de 80-jarige cyclus aan ten grondslag ligt is onbekend. Het is een statistische observatie.
De variaties in zonneactiviteit verklaren niet volledig het temperatuurverloop op de Aarde tijdens de 20e eeuw.
Deze temperatuurvariaties kunnen, als de resultaten van het werk van Friis Christensen, Svensmark en Lassen worden gecombineerd met modellen waarin de bijdrage van broeikasgassen (C02, methaan) en zwaveldioxide wordt meegenomen, zeer goed worden verklaard.

El Niño
Vissers in Peru merkten eeuwen geleden al dat de vis in sommige jaren uitbleef en ze niets vingen. Oorzaak was het plotseling warmere water aan de kust dat dan veel armer is aan voedsel. Dat gebeurde meestal rond Kerst vandaar de naam El Niño, het Spaanse woord voor Kerstkind. Tegenwoordig bedoelen we met El Niño's periodes waarin warm water zich langs de kust en langs de evenaar over een groot deel van de Stille Oceaan uitstrekt. Een koelere tijd wordt La Niña (het meisje) genoemd. El Niño doet zich onregelmatig maar gemiddeld om de drie tot zeven jaar voor. Dan valt de passaat weg, die het warme water in de oostelijke Stille Oceaan normaal richting Indonesië blaast. De gevolgen van een El Niño voor het weer, met name de gevolgen voor temperatuur en neerslag, zijn tot in de wijde omtrek groot, bijvoorbeeld overvloedige regen in droge woestijnen en droogte waar het normaal veel regent. Voor de samenleving en voor de economie is dat van groot belang: denk aan de Peruaanse vissers, overstromingen, mislukte oogsten of juist overvloedige jaren voor de boeren. De invloed van El Niño op het weer in Europa is relatief klein. Uit KNMI-onderzoek blijkt echter dat een sterke El Niño in de winter vaak wordt gevolgd door een nat voorjaar in ons land en omringende landen. De hoge wereldgemiddelde temperaturen van 1997 en 1998 worden voor een deel toegeschreven aan de zeer sterke El Niño. Ook zijn er aanwijzingen dat El Niño de laatste twintig jaar van karakter is veranderd: er waren ongewoon veel warme tijden (El Niño) en weinig koele (La Niña's). De oorzaak hiervan is nog onbekend.

El Nino
Het meteorologische verschijnsel El Nino is genoemd naar het Kerstkind omdat de kersttijd bij uitstek de tijd is waarop het kan optreden. Bij een El Nino wordt de koude, zuidelijke zeestroming langs de westkust van Zuid Amerika zwakker. Het opwellen van koud water uit de diepte stopt, waardoor warm water van rond de evenaar kan doordringen tot de kusten van Peru en Colombia. Dit water, dat minder zuurstof en voedsel bevat, is de oorzaak van grote vissterfte en daardoor het wegvallen van een belangrijke inkomstenbron. Ook zorgt het warmere water voor veel vochtiger lucht die in Peru en Colombia zware slagregens kan veroorzaken waarbij vaak overstromingen optreden. Krachtige El Nino situaties hebben ook een uitwerking op het weer in de Verenigde Staten.

La Nina
Indien het water in het oostelijke deel van de Pacific niet warm maar juist relatief koud is, spreken we van een La Nina situatie. Voor de kust van Zuid-Amerika gebeuren dan geen schokkende dingen: het is er, zoals gebruikelijk, droog en de visvangst voor de kust van Peru is uitstekend. Op de wereldschaal heeft een La Nina wel enige invloed. Klimatologen hebben voor La Nina-situaties voor verschillende gebieden een correlatie (overeenkomst) met bepaalde weersgebeurtenissen vastgesteld. Zo is het in een La Nina-situatie in de winter nat en koel in het zuidoosten van Afrika. Bij een La Nina in onze zomer is het koel in heel Zuidoost-Azië, maar juist warm in het noordoosten van Australië. Zowel bij een El Nino als bij een La Nina zijn de invloeden op het Nederlandse weer zeer gering.

Oceaan
Een andere bron van variatie is de oceaan, bijvoorbeeld wanneer oceaanstromingen zich verleggen. Bepaalde oceaanstromingen zijn zeer gevoelig voor veranderingen in de atmosfeer. Het klimaat in Europa wordt sterk beïnvloed door de noordwaartse stroming in de Atlantische Oceaan die afkomt van de warme Golfstroom.
Een relatief warme oceaan houdt de temperatuur in de wijde omtrek op een gematigd niveau. De temperatuur is daar relatief hoog door de warme Golfstroom die als transportband van warmte fungeert. De Golfstroom begint in de Golf van Mexico en brengt warm water naar het noordelijk deel van de Atlantische Oceaan. Omdat het water daar relatief zout is kan het na afkoeling naar beneden zinken, waarna het in zuidelijke richting terugstroomt.
Volgens sommige berekeningen stopt deze stroming als er meer zoet water komt in het noorden, bijvoorbeeld door meer neerslag of smeltwater van gletsjers of ijskappen. Dit lijkt ongeveer 12000 jaar geleden ook al eens gebeurd te zijn bij het afsmelten van het ijs van de laatste IJstijd. Zo'n verandering zou tot een abrupte regionale klimaatverandering kunnen leiden.
De Golfstroom heeft aanzienlijk gevarieerd. Op het hoogtepunt van de Kleine IJstijd (1695) liep de grens van het Arctische water langs het zuiden van IJsland richting Denemarken. Gedurende een veel warmere periode (1920-1950) liep de grens langs het noorden van IJsland. Het verschil is dramatisch. Dat waren de consequenties voor het klimaat ook. In de 90-er jaren van de 17 e eeuw mislukten 8 van de 10 oogsten in Schotland. De honger die erop volgde kostte tussen 1/3 en 2/3 van de lokale bevolking het leven. In deze streek was het een grotere ramp dan de pest van de 14e eeuw !

Noord Atlantische Oscillatie (NAO)
De recente warme periode in Nederland hangt deels samen met een ongewoon sterke en standvastigheid van de Noord Atlantische index, een maat voor het gemiddelde luchtdrukverschil tussen de Azoren en IJsland.
Is de index sterk positief, dan is de luchtdruk bij IJsland laag en die bij de Azoren hoog, de straalstroom ligt dan noordelijk. Boven de Oceaan vind je in dat geval vaak een zuidwestelijke stroming terug die er in het winterhalfjaar voor zorgt dat het in ons deel van Europa zacht, nat en wisselvallig is. Is de luchtdruk bij IJsland hoog en die bij de Azoren laag, dan geeft de NAO-index negatieve waarden aan, de straalstroom ligt dan zuidelijk. In dat geval is de kans tamelijk groot dat de zuidwestcirculatie geblokkeerd raakt. Onder voorwaarden kan het dan in de winter koud en stabiel winterweer worden.
Een groot drukverschil gaat gepaard met een karakteristiek patroon van sterkere westenwinden. In de winters geeft dit door zeewind warmer weer. Uit waarnemingen is bekend dat de Noord Atlantische index onregelmatige slingeringen vertoont. Deze slingeringen noemt men de Noord Atlantische Oscillatie (NAO). Het is een natuurlijke, onregelmatige slingering die vermoedelijk vooral te maken heeft met het chaotische karakter van de atmosfeer. Onderzoek suggereert dat het broeikaseffect de NAO zou kunnen beïnvloeden.

Zoutgehalte oceanen
Kleine veranderingen in de zoutconcentraties hebben grote gevolgen voor de zeestromen en de wijze waarop de oceanen het klimaat beïnvloeden.
Deze veranderingen zijn gekoppeld aan de uitwisseling van water tussen de oceanen, de atmosfeer en de ijskappen. De oceanen van onze planeet fungeren als opslagplaatsen van zonnewarmte. Dankzij zeestromen wordt deze warmte van de tropen richting poolgebieden getransporteerd. Met name voor het klimaat van Noordwest-Europa is dit van groot belang.

Ons doorgaans milde winterweer hebben we te danken aan de Golfstroom, die warm zeewater van de Golf van Mexico tot aan de Noordelijke IJszee stuwt. Dat warme zeewater voor de Europese kusten houdt de winterse vrieskou meestal op afstand. Canada en Siberië, op dezelfde geografische breedte als Europa, moeten het zonder de temperende invloed van de Warme Golfstroom stellen en staan bekend om hun ijzige winters.
Zeestromen worden behalve door de wind ook door het zoutgehalte van het water aangedreven. Onderweg naar het noorden wordt het water van de Golfstroom door verdamping steeds zouter. Omdat zout water een hoge dichtheid heeft, zakt het in de noordelijke Atlantische Oceaan af naar de oceaanbodem en vloeit terug naar het zuiden. Nieuw water dat uit het zuiden toestroomt, maakt de cyclus rond. De Golfstroom maakt deel uit van een wereldwijde transportband, thermohaliene circulatie (THC) in jargon, die zonnewarmte over de aarde transporteert. Door veranderingen in het zoutgehalte kan de circulatie versterken of afzwakken, wat zijn weerslag heeft op het klimaat. Verdamping is niet de enige factor die de zoutconcentraties in de oceanen beïnvloedt. Ook ijsvorming leidt tot zouter water, terwijl neerslag, de toevoer van rivierwater en het afsmelten van ijs een tegengesteld effect hebben. Al deze factoren kunnen niet alleen de zeestromen en daarmee het klimaat veranderen, ze staan ook zelf onder invloed van een warmer of kouder klimaat. Zo ontstaat een complexe wisselwerking.
De zoutconcentraties in de oceanen zijn de lijm die twee belangrijke componenten van het klimaatsysteem met elkaar verbindt: de zeestromen en de watercyclus, die bestaat uit het geheel van verdamping, neerslag, ijsvorming en afsmelting.

Voor Europa is vooral het gedrag van de Golfstroom van belang. Als er door de opwarming van de aarde meer ijs op Groenland en de Noordpool smelt, wordt het zoutgehalte in de noordelijke Atlantische Oceaan lager. Het water zakt daar niet meer naar beneden en de golfstroom stopt dan, waardoor de opwarming in onze contreien afzwakt of zelfs omslaat in afkoeling. Binnen enkele jaren kan het klimaat dan forse veranderingen ondergaan.
Het is vrijwel zeker dat het proces van een stilvallende THC een aantal malen is opgetreden, voor het laatst 12.000 jaar geleden in het jonge Dryas. www.antarcticglaciers.org

Een stilvallende THC kan ook voor abrupte klimaatverandering in de tropen zorgen. De Sahel en Noordoost - Brazilië kunnen in rap tempo verdrogen als dat gebeurt. Door het verdwijnen van de vegetatie (door massale kop in de oerwouden) wordt er minder vocht vastgehouden, nemen regenval en verdamping af en verdwijnt er nog meer vegetatie. Een positief gevolg van de klimaatverandering zou een vergroening van de Sahara kunnen zijn, Deze processen kunnen binnen een eeuw een heel ander klimaat genereren.

Driftijs
de Zuidpool is een enorm ijsblok, ongeveer zo groot als Luxemburg, losgeraakt.
Het kan op termijn veranderingen in de stromingen in de oceanen veroorzaken. Dat kan ook op het noordelijk halfrond voor minder milde winters zorgen. Dat hebben Australische en franse wetenschappers laten weten. Op 12 en 13 februari 2010 is een brok van 2550 vierkante kilometer groot afgebroken van de enorme ijsmassa die Mertz Tongue Glacier wordt genoemd.
De breuk is veroorzaakt door een andere ijsberg, die tegen de ijsmassa aan klapte. De losgeraakte kolos bevat voldoende water om een jaar lang in de behoefte aan drinkwater van de hele mensheid te voorzien. Er is geen bewijs dat veranderingen in het klimaat iets met deze breuk te maken hebben. Dit gebeurt gewoon eens in de vijftig tot honderd jaar.

Supernova
Sterren hebben geen oneindig lange levensduur. In die allerlaatste levensfase van een ster komt in zeer korte tijd een enorme hoeveelheid energie vrij, er vindt een zogenaamde supernova-explosie plaats. De supernova-explosies tijdens de laatste levensfase van een ster zijn zeer spectaculair en kunnen lichtjaren verder heel goed waargenomen worden. Aan onze sterrenhemel zijn twee sterren zichtbaar die op ieder moment supernova kunnen worden. Alle verschijnselen die tot de supernova-explosie moeten leiden, zijn al te zien, het kan morgen gebeurden maar ook pas over honderd of duizend jaar. Het gaat om de sterren Betelgeuze en Eta Carbinae. Als een van deze twee sterren supernova wordt zal de helderheid toenemen tot meer dan die van de volle maan en overdag te zien zijn. De supernova zendt een zeer krachtige stroom neutronen uit die de aarde kort, nadat de supernova zichtbaar geworden is, zal bereiken. Het is maar de vraag of de Van Allen-gordels, de sterke magnetische velden rond de aarde, sterk genoeg zijn om de straling tegen te houden. Satellietsystemen zullen kapot gaan en de communicatie op aarde kan plotseling helemaal wegvallen. Als de straling de grond bereikt, kan dit funest zijn voor veel dieren, planten en mensen. De hoeveelheid straling is zo groot dat sommige geleerden geloven dat daardoor ook verwarming van onze atmosfeer op zal treden. Dit kan dan het broeikaseffect nog eens extra versterken. De invloed van een supernova zal echter snel uitgewerkt zijn.

Menselijke invloed / Broeikasgassen
De atmosfeer bevat een aantal z.g. broeikasgassen. Zonder deze gassen zou de Aarde een koude planeet zijn: Het zou dan gemiddeld slechts -18°C zijn.
Waterdamp is hiervan de belangrijkste, behalve in poolgebieden in de winter.
Door industrie, ontbossing, verkeer, energieverbruik in het huishouden, landbouw en veeteelt brengt de mens extra broeikasgassen in de atmosfeer. koolstofdioxide (CO2) is het belangrijkste broeikasgas. Niet alle CO2 die uitgestoten wordt, blijft in de atmosfeer. Ongeveer de helft wordt opgenomen door de oceaan en de biosfeer. Hoe en waar precies is nog onduidelijk. De extra CO2, die wel in de atmosfeer blijft, is herkenbaar afkomstig van fossiele brandstoffen. Er komt deels ook CO2 in de atmosfeer door natuurlijke processen zoals biomassaontbinding en vulkanisme.
Andere broeikasgassen zijn methaan (CH4) deels natuurlijk (biomassaontbinding), deels door menselijke activiteiten (lekken in gasvelden en leidingen, rijstvelden, veeteelt), lachgas (N2O), CFK's en ozon (O3).
Sinds 1750 is de concentratie van CO2 in de atmosfeer met ongeveer 30% toegenomen. Van de andere broeikasgassen zijn methaan (CH4), lachgas (N2O) door ontleding van nitraat kunstmest en verbrandingsprocessen, ozon (O3) en chloorfluorkoolwaterstoffen (CFK's) de bekendste. De hoeveelheden lachgas zijn met zo'n 15% gestegen, die van methaan met 145%. Dat is dus meer dan verdubbeld. De CFK's in de atmosfeer zorgen ervoor dat de hoeveelheid ozon in de stratosfeer sterk afgenomen is. De hoeveelheden ozon lager in de atmosfeer zijn juist verdubbeld.

Als we het C02-gehalte van de atmosfeer bekijken over de laatste 150.000 jaar blijkt dat de koude perioden goed overeen komen met lage C02-gehaltes terwijl de interglaciale (warme) periodes worden gekenmerkt door hogere C02-gehaltes.
Door de toename van de concentratie van broeikasgassen wordt het broeikaseffect van de dampkring versterkt. Dit versterkte broeikaseffect leidt tot een warmer klimaat en meer neerslag. De vraag is of we dat nu al waar kunnen nemen en kunnen onderscheiden van natuurlijke klimaatveranderingen.
De mens brengt niet alleen broeikasgassen maar ook aerosolen in de atmosfeer, bestaande uit zwevende druppeltjes en (fijn)stofjes. Evenals vulkanisch stof kaatsen ze het zonlicht terug. Daardoor hebben ze een koelende werking. Op deze wijze maskeren ze de gevolgen van het versterkte broeikaseffect. Aerosolen hebben daarnaast een effect op de wolkenvorming. Er is nog weinig bekend over de precieze aard van deze effecten. Tenslotte heeft ook verandering in landgebruik effect. Waar de mens grootschalige veranderingen aanbrengt kan dit leiden tot klimaatveranderingen.
veroorzaakt door chloorverontreinigingen die vrijkomen uit bovengenoemde CFK's.
Uit studies blijkt dat de menselijke invloed op de temperatuurstijging vanaf 1950 overheersend is geworden.

Het gehalte broeikasgassen in de atmosfeer heeft een significante invloed op het klimaat. Het is echter nog altijd vrij onzeker hoe groot deze invloed precies is en in welke mate de Aarde ten gevolge ervan warmer zal worden. Er zijn misschien lokaal (tijdelijk ) omgekeerde effecten denkbaar.

Luchtvaart
Luchtvaart levert een belangrijke bijdrage aan de antropogene klimaatverandering. Die bijdrage komt van vliegtuigemissies van broeikasgassen, aërosol en stikstofoxiden en ook door veranderingen van de bewolking in de hogere troposfeer. Een belangrijk maar slecht begrepen onderdeel van de stralingsforcering door luchtvaart gerelateerde emissies, wordt veroorzaakt door 'contrail cirrus' een wolkensoort die bestaat uit jonge lijnvormige condenssporen (contrails) en de oudere onregelmatig gevormde condenssporen die er uit voortvloeien. Door onderzoekers van het Max Planck Instituut is een wereldomvattend klimaatmodel gebruikt om de hele levenscyclus van deze door de mens veroorzaakte wolken wereldwijd te simuleren. Eveneens werden de veranderingen in de natuurlijke bewolking die zij veroorzaken gemodelleerd. Daarmee konden ze laten zien dat de stralingsforcering die samenhangt met vliegtuigcirrus als geheel (inclusief uitgegroeide vliegtuigcirrus) ongeveer negen keer groter is dan die van de zichtbare en herkenbare lijnvormige condenssporen alleen. Ook vonden de onderzoekers dat vliegtuigcirrus een aanzienlijke daling in natuurlijke bewolking veroorzaakt, die gedeeltelijk zijn opwarmende werking (van de vliegtuigcirrus) compenseert. Desondanks blijft de stralingsforcering door de cirrus uit condenssporen grootste enkelvoudige stralingsforcerende component dat aan de luchtvaart gekoppeld is. De onderzoekers concluderen daarom dat effecten van vliegtuigcirrus c.q. condenssporen moeten worden meegenomen in studies die de effecten van de luchtvaart op klimaatverandering en passende risicobeperkende opties in kaart brengen.Een inschatting is dat de totale bijdrage in het opwarmende effect (van de bewolking) wereldwijd 1 tot 2 % zal kunnen bedragen.

Meer informatie zie Klimaatatlas