如今二氧化碳排放量如此巨大，我们可以试想：大气中的二氧化碳浓度变成现在的两倍，那么地球温度会升高多少？有一种方法可以探询复杂反应后的结果：利用地球气候的计算机模型。另一个更为可靠的办法是参照最近数百万年的气候情况，考察过去二氧化碳浓度改变如何影响气候。
“气候敏感性”是衡量气候系统中温度变化的指标，通常取大气中二氧化碳浓度升至2倍后，引起的全球平均温度变化。上述两种方法都表明，若二氧化碳浓度变为现在的两倍，地球温度至少会提高2摄氏度。而大部分研究认定：升高3摄氏度的可能性最大。
一些对过去气候的研究却表明，升温可能达到6摄氏度或更高。出现这种差异的原因之一是，气候模型只能考虑短期反馈，然而史前气候研究还包括长期反馈，比如冰盖的改变。如果这些研究和真实图景接近，那么我们的模型可能会提供未来几十年气候变暖情况的精确答案，但是，会低估未来几个世纪甚至更长时间的温室效应。
正因为可能存在的缺陷，气候模型甚至会低估近期气候对温室效应的反馈。这意味着我们可能低估2050年或2100年的温室效应。一些研究表明，气候模型中，海洋吸收了比实际情况更多的热量；其它研究表明，云系可能产生比模型中更多的正反馈。因为不能确定气溶胶的冷却效果，也不确定温室效应的实际强度，这些问题还没能解决。
大多数证据仍然表明，短期内“气候敏感性”大概是3摄氏度左右，同IPCC的气候模型一致。不过，即使这数字已经算低得不可能，实际情况仍可能更高。
而即使“气候敏感性”是3度，现在也几乎没可能限制气温升高。想让气温仅比前工业时代高2度很难。根据最近的研究，到2050年，我们有超过50%的可能性尽一切努力减排，削减80%的排放。
IPCC在2007年的报告建议将大气中二氧化碳浓度限制在450ppm；现在这一数字是380ppm。随着中印等国排放量的增加，目标似乎已经难以达到。从现在的趋势来看，最快在21世纪60年代气温就可能上升超过6度。如果“气候敏感性”高过我们预期，或者二氧化碳排放比IPCC情境预测的最坏情况还要高，升温幅度甚至将不止6度。