从赤道到两极的动植物都感受到了气候变化的影响。全球变暖的另一个明显的后果是春天提早到来。植物开花、卵孵化，青蛙产卵都在提早。在英国，蝴蝶在春天的出现较扮明20年前平均提前了6天。在欧洲，树木呈现秋色的时间每10年晚0.3到1.6天，许多迁徙的鸟类正在改变它们的旅行日程。越来越多的研究显示，动植物为了适应气候的变化，正不断地改变着其活动范围和行为。许多情况下，这样的变迁正在引起生态混乱。例如，迁徙的鸟类到达欧洲的时间太晚，以致其产下的后代错过了毛虫生长旺季。
动植物对全球气候变化的反应包括：地理分布、生理、生活周期、迁徙习性和栖息地发生改变，生存能力降低等。例如，哥斯达黎加的鸟类濒临威胁，坦桑尼亚和印度尼西亚的蚊子向高海拔地区扩展，加利弗尼亚的蝴蝶栖息地在丧失，不能耐受霜冻的植物上升到新的海拔高度，英国彩龟后代的性别比例受到7月平均温度升高的影响。气候变化最显著的指示物之一的珊瑚礁，目前正发生大规模白化现象，尤以1998年的情况最为严重，估计导致世界上16％的珊瑚死亡。
美国的大部分鸣禽转移其分布区，并提早迁飞。因为鸣禽在维持生态系统中有重要作用，这种变化可能导致生态系统失去平衡。按照目前气候变化情况来看，一些脆弱的生态系统如落基山唤缺行的高山草甸、沿海湿地和河口可能会消失。东北地区以枫树为主的硬木林将让位于青冈和针叶树为主的森林。
随着全球变暖的推进，许多生态系统面临崩溃。一项新的研究表明，将要灭绝的物种比预计的要早？，但由于它们赖以生存的生态系统变得难以识别，所以会处于一个混乱时期。和哗气候变化将会“新的寄主和寄生虫、新的捕食动物和被捕食动物组合到一起。”
由于海平面上升导致的沿海洪水、地表坍塌、河口三角洲等灾害，使人类活动的范围减少，野生动物栖息地被破坏。海平面上升更危及到一些沿海国家或地区的存在。美国马里兰州的 Chesapeake Bay 是美国最大的河口。上个世纪上升了1英尺，其中一些原因是抽取地下水；另一些很可能是全球变暖所致。其中的 Blackwater 国家野生动物庇护所的湿地被海水淹没，自1938以来，1/3的 Blackwater 湿地已经消失，剩下的部分可能在30年内消失。湿地正在变成水域，消失的速度远远大于新的湿地形成速度。佛罗里达州150万公顷的 Everglades 国家公园现在被称为“美国最濒危的国家公园”，因为海水正在侵蚀当地人依赖的淡水沼泽地。目前一个宽阔的环形红树林像水坝一样将淡水沼泽地和海洋分开。如果红树林屏障增长速度不如海水水位增长快，或者被台风破坏，淡水沼泽地就会逐渐被海水湿地取代。
