Plusieurs étapes sont nécessaires pour passer des émissions de gaz à effet de serre aux simulations d'impacts climatiques.

- Les émissions modifient la concentration atmosphérique des différents gaz à effet de serre et des aérosols dans une mesure qui dépend de la capacité de l'atmosphère à conserver ces composantes : leur durée de vie dans l'atmosphère peut en effet être affectée par les échanges avec la surface, les modifications chimiques éventuelles. La durée de vie dans l'atmosphère du CO2 est estimée à plus de 100 ans (ce qui explique son importance centrale), celle du CH4 à un peu moins de 10 ans, et celles des particules en suspension dans l'air à quelques semaines.

Dans tous les cas, une première étape de modélisation est nécessaire pour passer des émissions aux concentrations.

Le scénario A2 aboutit à une concentration en gaz carbonique de 850 ppm environ en 2100, contre 280 ppm au milieu du XIXe siècle et le scénario B2 à une concentration de 600 ppm.

- Les concentrations ainsi calculées sont utilisées dans les modèles climatiques. Ces modèles représentent la circulation atmosphérique et océanique, la glace de mer, les surfaces continentales et leurs couplages sur une grille tridimensionnelle et à partir des lois de la physique. Ils permettent de calculer une évolution du climat global de la Terre jusqu'en 2100.

Les résultats des simulations climatiques analysées dans le Quatrième Rapport du GIEC, publié en 2007, sont résumés par la figure ci-dessous qui montre pour chaque scénario d'émission, une fourchette d'évolution de la température de surface moyennée à l'échelle de la planète, qui traduit donc à la fois l'impact de chaque scénario, et la divergence entre les différents modèles globaux pour un scénario donné.

Ces simulations projettent en moyenne, pour l'hypothèse A2, une augmentation d'environ + 4°C de la température globale moyenne annuelle à la surface de la planète à échéance 2100 par rapport à sa valeur en 1990. Pour l'hypothèse B2, l’augmentation de la température globale moyenne annuelle à la surface de la planète est d'environ + 2,6°C à échéance 2100.
 

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Les courbes représentent la moyenne des valeurs des modèles utilisés et l’enveloppe, de couleur plus claire, indique le niveau d’incertitude, qui augmente avec l’avancée vers 2100. Les barres grises, sur la droite, donnent une idée de la dispersion des résultats fournis par les différents modèles.

L'évolution du niveau de la mer dépend d'hypothèses plus complexes (dilatation des océans, débit des rivières, fonte des glaciers de montagne, des glaciers polaires). On note une dépendance beaucoup plus faible au scénario choisi : l'évolution du niveau de la mer jusqu'en 2100 dépend largement des émissions de gaz à effet de serre qui ont déjà eu lieu au vingtième siècle.

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Les modèles climatiques ne prennent pas en compte, pour l'instant, les phénomènes dynamiques découverts récemment au Groenland et en Antarctique de l'Ouest. Les observations par satellite montrent assez clairement, au cours des dernières années, une accélération de la perte de masse de glace dans ces régions. Certains auteurs (par exemple Rahmstorf, 2007) annoncent en 2100 une élévation possible de 1,20 m.