Slike hendelser kan få dramatisk betydning for klimaet, men er preget av stor usikkerhet. De fleste klimaforskere forutsetter at klimaendringene vil skje gradvis. Men klimahistorien har vist at klimasystemet i noen tilfeller "vipper over", at endringer skjer raskt og irreversibelt. Det er flere slike tilstander som i verste fall kan igangsettes i løpet av dette århundret. Felles for dem er at det er vanskelig å si når, og om, slike endringer vil skje. Dette skyldes at det er stor usikkerhet rundt slike hendelser, at man ikke kjenner til hvordan utslippene vil bli i fremtiden, og fordi naturlige variasjoner i klimaet fortsatt vil prege temperaturutviklingen fra tiår til tiår. Likevel er dette endringer mange forskere advarer mot, og som kan få dramatiske konsekvenser for fremtidige generasjoner om de skulle inntreffe. De utgjør en del av risikobildet som politikerne må vurdere i forhold til viktigheten av utslippsreduksjoner.
Karbonmetning – når naturen blir en utslippskilde
Under halvparten av det karbonet vi mennesker slipper ut, blir værende i atmosfæren. Resten tas opp av havet, vegetasjonen og jordsmonnet på landjorden. Hvis denne kapasiteten til å ta opp CO₂ på land og i hav reduseres, vil det øke konsentrasjonen i atmosfæren. Hvis vi fremskriver utviklingen vi har hatt de siste 10-årene i hundre år, vil mengden karbon i atmosfæren øke med hele 50%. Økende temperatur reduserer havets evne til å ta opp CO₂, og kan også føre til skogdød. I verste fall kan man få prosesser der både havet og landjorda slippe CO₂ tilbake i atmosfæren.
Sirkulasjonsendringer i Atlanterhavet
Med økende tilførsel av varmt vann og ferskvann kan Golfstrømmen – eller det forskere kaller den Atlantiske Termohaline sirkulasjonen – stoppe opp eller endres. Slike endringer i havstrømmer har hatt stor innvirkning på de raske klimaendringene som har funnet sted etter tidligere istider. Alle klimamodeller viser at dette kan skje, men bare med tilstrekkelig mye ferskvann i området. Derfor regnes det som svært lite sannsynlig at det vil skje i vårt århundre, selv om forskerne allerede har registrert at saltinnholdet i vannet er lavere enn tidligere.
Usikkerhet om barskogdød
Den boreale barskogen strekker seg i et bredt belte over det nordlige Eurasia og Nord-Amerika. Den norske barskogen er en del av dette beltet. Området preges av moderate nedbørmengder (400-1000 mm i året), og lav fordampning. Om vinteren er bakken normalt snødekt, og det er tele i jorda. Endringer i nedbør og ekstremtemperaturer kan ifølge enkelte studier medføre omfattende skogdød i deler av dette området. Trolig må jordtemperaturen øke med rundt 3 grader for at dette scenarioet skal inntreffe. Selv ved global oppvarming vil disse områdene være preget av streng kulde om vinteren og er ikke egnet for tempererte tresorter. Dermed kan disse skogområdene bli omdannet til steppeland. Forskerne har lite kunnskap om hva som skjer med barskog ved klimaendringer. Forskningen er derfor preget av stor usikkerhet.
