近百年來全球氣候出現了以變暖為主要特征的系統性變化。工業化以來由于煤、石油等化石能源大量使用而排放的二氧化碳和其他溫室氣體，造成了大氣溫室氣體濃度升高，溫室效應增強，導致了工業化時期以來的氣候系統變暖。2019年全球大氣中二氧化碳、甲烷和氧化亞氮的平均濃度分別為410.5x10^-9、1877x10^-9和332x10^-9，較工業化前時代(1750年)水平分別增加48%、160%和23%，達到過去80萬年來的最高水平。2019年大氣主要溫室氣體增加造成的有效輻射強迫已達到3.14瓦/平方米，明顯高于太陽活動和火山爆發等自然因素所導致的輻射強迫，是全球氣候變暖最主要的影響因子。2021年8月發布的政府間氣候變化專門委員會(IPCC)第六次評估報告(AR6)第一工作組報告《氣候變化2021:自然科學基礎》評估指出，大氣中二氧化碳等溫室氣體濃度的持續增加造成溫室氣體的輻射效應進一步增強，當前人為輻射強迫為2.72瓦/平方米，比2013年IPCC第五次評估報告(AR5)第一工作組報告所評估的2.29瓦/平方米高20%左右，所增加的輻射強迫中約80%是大氣中溫室氣體濃度增加造成的。

　　地球大氣中本身就含有一定濃度的二氧化碳，陸地和海洋生態系統也都能吸收和釋放二氧化碳，因此大氣二氧化碳濃度存在時間和空間上的自然波動。當二氧化碳(無論是自然過程釋放的還是人為活動排放的)進入大氣中時會被風混合，并隨著時間的推移而均勻分布到全球各地;由于地球大氣的運動形式以緯向為主，北半球和南半球之間混合的速度較慢，因此在全球尺度上需要一年多的時間才能達到充分混合。在沒有人為排放的情況下，大氣中的二氧化碳濃度在年際尺度上基本保持平衡，自然過程釋放的二氧化碳基本上被自然過程吸收，大氣二氧化碳濃度保持相對穩定。

　　在人為排放的情況下，排放的二氧化碳一部分留在了大氣中造成大氣二氧化碳濃度升高，另一部分則被海洋和陸地自然過程吸收(1850-2019年人類活動累計排放的23900億噸二氧化碳中約14300億噸被自然過程吸收，約占累計排放量的60%)。在未來人為二氧化碳排放量持續增加的情景下，雖然海洋和陸地會吸收更多的人為二氧化碳排放，但吸收的比例會逐漸降低，也就是說海洋和陸地在降低大氣二氧化碳累積方面的碳匯作用會減弱，更多的二氧化碳被留在了大氣中。

　　要控制全球地表平均氣溫的溫升幅度，就需要將人為二氧化碳累積排放量控制在一定范圍內，使大氣二氧化碳濃度不再增長。換句話說，就是人為二氧化碳的排放和吸收之間達到平衡，即實現人為二氧化碳的凈零排放，又稱為二氧化碳中和或碳中和。根據IPCC第六次評估報告關于碳中和的定義，碳中和指的是人為排放和人為吸收之間的中和，不受自然過程的影響。也就是說，不受人為控制的自然過程所排放和吸收的二氧化碳不能被用來計算碳中和。實現碳中和不能依賴于自然過程。此外，碳中和在不同尺度上的含義存在差別，只有在全球尺度上碳中和才等同于凈零排放。