Bland de påtagliga klimateffekterna som rör naturmiljö och biologisk mångfald finns migrering (förflyttning) av klimatzoner, en förlängning av vegetationsperioden, invandring, konkurrens och eventuell utslagning av nuvarande arter. När olika nivåer i näringskedjor påverkas olika uppstår det skillnad mellan dem, som kan medföra oväntade effekter i näringskedjan (differentiella effekter). Krympande kalfjällsarealer är omtalat samt eventuella effekter på vattenmiljön i insjöar och i Östersjön.
I internationella sammanställningar påpekas att förändringar för naturmiljö och biologisk mångfald som följd av en generell uppvärmning redan pågår, till exempel i form av ett ändrat säsongsberoende beteende och i artsammansättning.
Snö- och isförhållanden påverkas vid en uppvärmning. Detta är en viktig del av den svenska naturmiljön som direkt påverkar ekosystemen och därmed förutsättningarna för turism och friluftsliv. Svenska glaciärer kan befaras försvinna såsom de små områden med permafrost som finns i Sverige.
Förändringar i havs- och sötvattenmiljöer
Östersjöns miljö är nära kopplad till klimatet. Isförhållandena beror på vintrarnas utveckling. Östersjöns salt- och syrehalter känner av nederbörden i Östersjöns tillrinningsområde samt de cirkulationsförhållandena som styr vattenutbytet genom de danska sunden och Öresund.
Östersjöns havsmiljö i ett förändrat klimat
Föroreningsförhållandena är i första hand beroende av mänskliga aktiviteter inom avrinningsområdet och sjöfartens agerande men har också ett samband med hur avrinningen från land utvecklas.
Ökad avrinning ger i allmänhet ökad lokal belastning på havet, dock kan en kombination av ökad avrinning från områdets norra delar och minskad avrinning från söder innebära en minskad totalbelastning av närsalter på Östersjön, eftersom vattnet från norr är renare. Samtidigt kan urlakningen påverkas av ändrade temperaturförhållanden och nederbördsmängder.
Risk för ökad spridning av föroreningar
Ett ändrat klimat kan medföra ökande risker för spridning av föroreningar i eller från marken, deponier och industriområden, speciellt vid översvämningar av sådana områden.
En temperaturhöjning kan leda till ökad retention i avrinningsområdets sjöar, vilket minskar koncentration och transport av närsalter, ökad nederbörd snabbar upp vattenomsättningen, vilket ger kortare retentionstider. Varmare somrar kan också tänkas gynna algblomningar.