Biến đổi khí hậu được định nghĩa là sự thay đổi của hệ thống khí hậu trên Trái đất, bao gồm Khí quyển, Thủy quyển, Sinh quyển và Thạch quyển ở hiện tại và trong quá khứ; tính theo đơn vị thời gian hàng chục năm đến hàng triệu năm. Nguyên nhân của biến đổi khí hậu hiện nay là do các hiện tượng tự nhiên và hoạt động của con người làm tích lũy khí nhà kính trong Khí quyển Trái đất, dẫn đến sự thay đổi các quá trình hoạt động bình thường của hệ thống khí hậu.
Hiện chưa có nghiên cứu nào khẳng định mối quan hệ trực tiếp và định lượng giữa biến đổi khí hậu và thiên tai. Tuy nhiên, hiện đã có nhiều nghiên cứu chỉ ra mối quan hệ giữa việc gia tăng tác động của biến đổi khí hậu và các thiên tai liên quan đến Khí quyển và Thủy quyển.
Biến đổi khí hậu rút ngắn thời gian tái xuất hiện của các cơn bão.
Lý giải đơn giản về mối quan hệ này là do biến đổi khí hậu làm nhiệt độ không khí và nước biển tăng lên cùng với sự thay đổi của các quá trình hoàn lưu bình thường trong Khí quyển và Thuỷ quyển, do vậy đã làm cho cường độ thiên tai tăng lên và diễn biến thiên tai thay đổi. Trong sự cố thiên tai bão Haiyan xảy ra tại Phillipines vào ngày 8 tháng 11 năm 2013 vừa qua, tốc độ gió cực đại lần đầu tiên đạt giá trị 370 km/h được các nhà khoa học giải thích bởi nguyên nhân nhiệt độ cao của nước biển trong vùng phát sinh và phát triển của bão.
Tuy nhiên, không phải tất cả các loại thiên tai đều liên quan đến biến đổi khí hậu. Ví dụ, thiên tai núi lửa phát sinh từ việc phun trào macma từ các hoạt động bên trong Vỏ Trái đất không thể có mối quan hệ với biến đổi khí hậu do các hoạt động của Thủy quyển và Khí quyển trên bề mặt Trái đất; cũng như thiên tai Thiên thạch rơi phát sinh từ Vũ trụ bao quanh không liên quan với biến đổi khí hậu xảy ra trên Trái đất. Tương tự như vậy, thiên tai sóng thần sinh ra từ các trận động đất cường độ lớn trên biển không liên quan với nguyên nhân biến đổi khí hậu.
Các mô hình khoa học để dự báo thời tiết không cho phép dự đoán chính xác ở cấp địa phương. Tuy nhiên, cường độ, tần số và mật độ phân bố các thảm họa sẽ thay đổi theo khí hậu. Dự kiến mỗi năm, chỉ riêng thiệt hại do biến đổi khí hậu gây ra do bão nhiệt đới có thể tăng từ 28 đến 68 tỷ đô la Mỹ. Những ước tính này nhạy cảm với các thông số và giả định khác nhau về tương lai, được tính toán theo “giá trị kỳ vọng” hàng năm. Biến đổi khí hậu sẽ làm thay đổi sự phân bố thiệt hại của các cơn bão nhiệt đới và có khả năng làm các cơn bão to, ít khi xuất hiện xảy ra phổ biến hơn.
Tại Hoa Kỳ, với điều kiện khí hậu hiện nay, cứ 38 đến 480 năm sẽ xuất hiện các cơn bão có sức phá hoại lớn, song với tình hình biến đổi khí hậu trong tương lai, cứ 18 đến 89 năm, các cơn bão này sẽ lại xuất hiện. Biến đổi khí hậu ngày càng “vỗ béo”, làm tăng khu vực bị thiệt hại do bão nhiệt đới gây ra. Mặc dù các cơn bão mạnh và hiếm khi xảy ra là một phần của bức tranh khí hậu ngày nay, song chúng sẽ trở nên thường xuyên hơn khi nhiệt độ Trái đất ngày càng tăng. Các nhà khoa học đã xác định một số thảm họa có thể xảy ra do hậu quả của biến đổi khí hậu như: mực nước biển tăng mạnh, sự gián đoạn của các dòng chảy đại dương, hệ sinh thái toàn cầu bị phá hủy trên quy mô lớn và biến đổi khí hậu ngày càng tăng, ví dụ, lượng khí mê-tan lớn hiện đang bị kẹt dưới lớp băng vĩnh cửu thoát ra ngoài.
Trong khi nguy hiểm luôn tiềm ẩn, thì nếu có thảm họa xảy ra chứng tỏ rằng có hoạt động nào đó đã thất bại. Nhưng xác định thất bại ở đâu và quyết định cách khắc phục không phải lúc nào cũng rõ ràng. Và các cuộc tranh luận kiểu như cơn bão Katrina hay cơn bão Nargis xảy ra có phải là hậu quả của biến đổi khí hậu hay không, càng làm cho các nhà hoạch định chính sách ít quan tâm hơn và tiếp tục định giá nhầm rủi ro, cứu trợ khi bị nạn, giảm động lực giảm rủi ro của cá nhân và thúc đẩy các hành vi rủi ro trong dài hạn.