La sensibilidad climática es una medida de cómo responde la temperatura del sistema climático a un cambio en el forzante radiativo. Por lo general se expresa como el cambio de temperatura asociado con una duplicación de la concentración del dióxido de carbono en la atmósfera. El equilibrio en la sensibilidad climática se refiere al cambio de equilibrio en la temperatura global promedio del aire cerca de la superficie que se derivarían de una duplicación sostenido de la concentración de CO2 atmosférico (equivalente) (ΔTx2). Ese valor es estimado, en el Cuarto Informe de Evaluación del IPCC (AR4) como probabilidades de estar en el rango de 2 a 4,5 °C con una mejor estimación de unos 3 °C, y es muy poco probable que sea inferior a 1,5 °C. Valores sustancialmente más altos que 4,5 °C no se pueden excluir, pero el acuerdo de los modelos con las observaciones no es tan bueno para aquellos valores Esto es un ligero cambio respecto del Tercer Informe de Evaluación del IPCC (TAR, por el acrónimo en inglés), que afirmaba "probabilidades de estar en el rango de 1,5 a 4,5 °C" Un trabajo más reciente sigue prestando apoyo a una mejor estimación con un valor en torno a 3 °C Una estimación del modelo de la sensibilidad de equilibrio, requiere de un modelo de integración muy largo. A medida que se obliga a integraciones más cortas, es una sensibilidad transitoria del clima, que se define como la respuesta de la temperatura promedio durante un período de veinte años centrado en CO2 duplicando en una simulación transitoria con CO2 aumentando en un 1% por año La sensibilidad transitoria es inferior a la sensibilidad de equilibrio, debido a la "inercia" de la absorción de calor de los océanos. Equilibrar completamente la temperatura del océano requiere integraciones del modelo de miles de años. Una estimación de la sensibilidad climática de equilibrio puede estar hecha de la combinación de la sensibilidad climática efectiva con las propiedades conocidas de los reservorios oceánicos y los flujos de calor de superficie, lo que es la sensibilidad efectiva del clima. Esto "puede variar con la historia forzante y el estado del clima" A pesar de la sensibilidad climática, se utiliza generalmente en el contexto del forzamiento radiativo por CO2, que se considera como una propiedad general del sistema climático: el cambio en la temperatura del aire (ΔTs) después de un cambio en las unidades en el forzante radiativo (FR) y se expresa en unidades de °C/(W/m2). Para que esto sea así, la medida debe ser independiente de la naturaleza del forzante (por ejemplo, de los gases de efecto invernadero o de la variación solar); de primer orden y de hecho resultó ser así. Para los modelos acoplados climáticos globales atmósfera-océano, la sensibilidad climática es una propiedad emergente: no es un parámetro del modelo, sino más bien resultado de una combinación de la física del modelo y los parámetros. Por el contrario, modelos más simples de balance de energía pueden contar con la sensibilidad del clima como un parámetro explícito. Los términos representados en la ecuación relacionan el forzante radiativo de cualquier causa, con cambios lineales de la temperatura global de la superficie. También es posible estimar la sensibilidad del clima, a partir de observaciones, sin embargo, esto es difícil debido a las incertidumbres en las historias del forzante y de la temperatura. La sensibilidad del clima puede ser un resumen útil de la sensibilidad del clima real, o un determinado modelo de clima. Pero no es el mismo que el cambio climático, digamos para 2100: la expectativa del cambio climático 2100, con un pronóstico del TAR de un aumento de 1,4 a 5,8 °C respecto a 1990.

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Climate sensitivity is the equilibrium temperature change in response to changes of the radiative forcing. Therefore, climate sensitivity depends on the initial climate state, but potentially can be accurately inferred from precise palaeoclimate data. Slow climate feedbacks, especially changes of ice sheet size and atmospheric CO2, amplify the total Earth system sensitivity by an amount that depends on the time scale considered. Although climate sensitivity is usually used in the context of radiative forcing by carbon dioxide (CO2), it is thought of as a general property of the climate system: the change in surface air temperature (ΔTs) following a unit change in radiative forcing (RF), and thus is expressed in units of °C/(W/m2). For this to be useful, the measure must be independent of the nature of the forcing (e.g. from greenhouse gases or solar variation); to first order this is indeed found to be so. The climate sensitivity specifically due to CO2 is often expressed as the temperature change in °C associated with a doubling of the concentration of carbon dioxide in Earth's atmosphere. For coupled atmosphere-ocean global climate models (e.g. CMIP5) the climate sensitivity is an emergent property: it is not a model parameter, but rather a result of a combination of model physics and parameters. By contrast, simpler energy-balance models may have climate sensitivity as an explicit parameter. The terms represented in the equation relate radiative forcing (RF) to linear changes in global surface temperature change (ΔTs) via the climate sensitivity λ. It is also possible to estimate climate sensitivity from observations; however, this is difficult due to uncertainties in the forcing and temperature histories.

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