从赤道到两极的动植物都感受到了气候变化的影响，植物开花、虫卵孵化、青蛙产卵都在提早。在英国，蝴蝶在春天的出现较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--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，动植物正不断地改变着其活动范围和行为，以适应气候的变化。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，以至于其产下的后代错过了昆虫生长旺季。

       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，加利福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也受到了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，目前正在发生大规模白化现象，估计这将导致世界上60%的珊瑚死亡。

      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，将要灭绝的物种的灭绝时间比预计的要早。但由于它们以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。气候变化会将新的寄主和寄生虫、新的捕食动物胡被捕食动物组合到一起。

      由于海平面上升导致的沿海洪水、地表塌陷等灾害，使人类活动的范围减少，野生动物栖息地被破坏，更危及到一些沿海国家或地区的存在。美国马里兰州的切萨匹克湾是美国最大的河口，上个世纪上升了0.305米，其中一个原因是抽取地下水，另一个很可能是全球变暖。其中的黑水国家野生动物庇护所的湿地被海水淹没。自1938年以来，三分之一的黑水湿地已经消失，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湿地形成的速度。海水正在侵蚀当地人依赖的淡水沼泽地，使得佛罗里达州150万公顷的南部大沼泽地国家公园正变为“美国最濒危的国家公园”。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。