La información más detallada existente comienza en 1850, cuando empiezan los registros metódicos de termometría.
Existen numerosas estimaciones de temperaturas desde finales de la glaciación del Pleistoceno, particularmente durante la época del Holoceno, y periodos más antiguos son estudiados por la paleoclimatología.
Los proxies climáticos demuestran que la temperatura se ha mantenido relativamente estable durante mil o dos mil años hasta 1850, con fluctuaciones que varían regionalmente tales como el período cálido medieval y la Pequeña edad de hielo.
[8] La probabilidad de que estos cambios pudieran haber ocurrido por azar es virtualmente cero.
[10] Dieciséis de los diecisiete años más cálidos del registro instrumental han ocurrido desde 2000.
Debido a ello algunos climatólogos han criticado la atención que la prensa popular da a las estadísticas del «año más caluroso»; por ejemplo, Gavin Schmidt señaló que «las tendencias a largo plazo o la serie prevista de récords son mucho más importantes que si un año particular es récord o no».
El periodo donde existen registros instrumentales razonablemente fiables de superficie con cobertura casi global es generalmente considerado que inicia en 1850.
[27][28] Esto puede compararse con el aumento del registro superficial de aproximadamente 0,06 °C/década durante el último siglo y 0,15 °C/década desde 1979.
[30] Las temperaturas del océano aumentan más lentamente que las terrestres debido a la mayor capacidad calórica efectiva de los océanos y porque estos pierden más calor por evaporación.
[33] A pesar de que en el hemisferio norte se emiten más gases de efecto invernadero que en el hemisferio sur, esto no contribuye a la diferencia en el calentamiento debido a que los principales gases de efecto invernadero persisten el tiempo suficiente para mezclarse entre ambas mitades del planeta.
[39][40] El registro de temperaturas del último milenio es la reconstrucción del registro de temperaturas promedio desde el año 1000 en el hemisferio norte, posteriormente extendido hasta el año 1,[41][42] y luego también cubriendo el hemisferio sur.
En particular, si la naturaleza y la magnitud de la variabilidad natural del clima se puede establecer, los científicos serán capaces de detectar en mejor manera las contribuciones antropogénicas al calentamiento global.
Como el presente artículo está orientado a las temperaturas recientes, la atención se centra aquí en los acontecimientos desde la retirada de los glaciares del Pleistoceno.
Incluso los registros a largo plazo existen para unos pocos sitios: las muestras EPICA (acrónimo en inglés: Proyecto Europeo de Muestreo de Hielo en Antártica) alcanzaron 800 k/año; otros han alcanzado cien milenios.