En af de meget væsentlige ting, som klimamodellerne forsøger at beregne, er den såkaldte klimafølsomhed.

Når indholdet af CO2 og andre drivhusgasser i atmosfæren stiger, vil klimaet forsøge at finde en ny balance, som “passer til” det øgede niveau af drivhusgasser. Denne nye balance indebærer, at Jordens gennemsnitstemperatur stiger. Den globale temperaturstigning, som bliver konsekvensen af en fordobling af CO2 indholdet i atmosfæren i forhold til det førindustrielle niveau, kalder man for klimafølsomheden. Når man taler om en fordobling af CO2-indholdet, omregnes de andre drivhusgasser til CO2-ækvivalenter.

Den valgte klimafølsomhed er af gode grunde helt afgørende, når man forsøger at beregne fremtidens klima. Bruger man en for lav klimafølsomhed vil man undervurdere, hvor voldsomt klimaet vil reagere på et øget forbrug af fossile brændsler, skovfældning osv. Bruger man en for høj klimafølsomhed, vil man omvendt overvurdere de fremtidige klimaændringer.

I de modelberegninger, som ligger til grund for FN’s klimapanel, IPCC’s (en forkortelse af Intergovernmental Panel on Climate Change), fremskrivninger af fremtidens klima, regner man med en klimafølsomhed på mellem 2 og 4,5 °C med en “bedste” vurdering på 3°C. Intervallet angiver den usikkerhed, man formoder, der er i beregningerne.

Vurderingen på de cirka  3°C er sammenfaldende med analyser af forholdene over de seneste cirka 400 millioner år, hvor forskere har sammenlignet geologiske data med simuleringer af klimaet tilbage i tiden.

Andre beregninger tyder dog på, at klimafølsomheden kan være en del større end IPCC’s vurdering. Beregninger med varierende forudsætninger om de faktorer, som der hersker størst usikkerhed om, viser, at klimafølsomheden i værste fald kan ligge så højt som 11 °C, og at usikkerhedsintervallet ligger mellem 1,9 og 11 °C. Beregningerne viser også, at en klimafølsomhed på mellem  3 og 4°Cer det mest sandsynlige.