Das Klima auf der Erde, erdähnlichen Planeten oder Monden, die eine Atmosphäre besitzen, verändert sich. Die mit einem Klimawandel verbundene Abkühlung oder Erwärmung kann über unterschiedlich lange Zeiträume erfolgen. Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal besteht dabei zwischen jenen Witterungsverläufen, die im Rahmen eines Klimazustands erfolgen, dem Klimawandel selbst, der die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten bestimmter Wetterlagen erhöht oder vermindert. Die gegenwärtige, vor allem durch den Menschen verursachte (anthropogene) globale Erwärmung ist ein Beispiel für einen sehr rasch verlaufenden, aber noch nicht abgeschlossenen Klimawandel. Hierfür wird in der öffentlichen Diskussion hauptsächlich der Begriff Klimawandel als Synonym genutzt (Dann allerdings als ,,Der Klimawandel“). Die durch den aktuellen Klimawandel hervorgerufen oder prognostizierte ökologische und soziale Krise wird als ,,Klimakrise“ bezeichnet. Ein Klimawandel auf globaler Ebene beruht hauptsächlich auf einer Veränderung des Strahlungsantriebs, der das Erdklimasystem aus einem stabilen thermisch-radiativen Gleichgewicht in ein neues Gleichgewicht überführt. Der Strahlungsantrieb resultiert aus der atmosphärischen Konzentration von Treibhausgasen wie Kohlenstoffdioxid (CO2), Methan (CH4) und Wasserdampf (H2O), aus der variierenden Sonneneinstrahlung aufgrund der Milanovic-Zyklen sowie aus dem Rückstrahlvermögen (Albedo) der Erdoberfläche, einschließlich der Ozeane. Der Klimazustand während der letzten Jahrmillionen war der einer Eiszeit und wurde überwiegend von den Milanovic-Zyklen gesteuert, die die Sonneneinstrahlung über mehrere zehntausend Jahren signifikant veränderten und so den Anstoß für den Wechsel von Kalt- und Warmzeiten gaben. Wenn man die oben genannten Faktoren berücksichtigt, konnten elf dieser Warmzeiten während der letzten 800.000 Jahre identifiziert und detailliert beschrieben werden.
Eine spezielle Form des Klimawandels sind abrupte Klimawechsel. Diese wurden in der Erdgeschichte hauptsächlich durch Eruptionen von Supervulkanen, großflächige Magmaausflüsse, stark erhöhte Treibhausgas-Emissionen sowie schnelle Veränderungen von Meeresströmungen oder kurzfristige Rückkopplungsprozesse im Klimasystem ausgelöst. Sie finden oft in Verbindung mit biologischen Krisen bzw. Massenaussterben statt. Abrupte Klimawechsel können regional auftreten (wie die Dansgaard-Oeschger-Ereignisse im Nordatlantikraum während der letzten Kaltzeit) oder weltweite Auswirkungen haben, z.B. in Folge eines großen Impakt Ereignisses. Der Begriff Klimaschwankungen wird gelegentlich für Klimaänderungen verwendet, die nur wenige Jahrzehnte andauern oder zyklischer Natur mit variabler Periode sind und dabei nur selten einen weltweiten Einfluss ausübten. Zyklische Schwankungen werden auch als Klimafluktuationen bezeichnet, relativ rasche zyklische Wechsel auch als Klimaoszillationen.
Eine Epoche kühlen Klimas wird in dem Zusammenhang manchmal Klimapessimum bezeichnet, eine warme Phase (Klimaoptimum oder Wärmeoptimum). Optimum und Pessimum sind eine Konvention in der Klimasystematik, sie stellen keine Wertung dar. Allerdings kann es zu Fehlinterpretationen kommen und wird deshalb in der neueren Fachliteratur durch den Begriff Klimaanomalie ersetzt. Die während des frühen Holozäns in Teilen der nördlichen Hemisphäre aufgetretenen Misox-Schwankungen, wahrscheinlich verursacht durch einen massiven Schmelzwasser-Eintrag im Nordatlantik, war eine zeitlich scharf begrenzte, aber relativ ausgeprägte Klimaanomalie.
