地球全体の気温が上昇し、陸上の氷床・氷河の融解や海水の膨張が起こると、海面上昇（海水準変動）が発生する。北極海や南極海に浮かぶ海氷の場合は、融解のみを考慮すれば、海面の上昇にはほぼ寄与しないといえる。ただし、海水準変動の原因には、地盤沈下、隆起、沈降、侵食、気圧の変化などもあり、厳密にはこれらも考慮した上で、全地球的には温暖化により海面が上昇していると考えられている。
第4次報告書によれば、実測による海面水位の平均上昇率は、1961 - 2003年の間で1.8±0.5mm/年、20世紀通して1.7±0.5mm/年だった。また、ここ1993-2003年の間に衛星高度計により観測された海面上昇は3.1±0.7mm/年と大きかった。そのうち熱膨張による寄与がもっとも大きい値を示しており（1.6±0.5mm/年）、ついで氷河と氷帽の融解（0.77±0.22mm/年）、グリーンランド氷床の融解（0.21±0.07mm/年）、南極氷床の融解（0.21±0.35mm/年）の順で寄与が大きい。その他の要因の影響幅は、上記の要因より小さいと見られている。
2100年までの海面上昇量の予測は、IPCCの第3次報告書(2001)では最低9 - 88cm の上昇、第4次報告書(2007)では、最低18 - 59cmの上昇としている。しかしこれらのIPCCのモデルでは西南極やグリーンランドの氷河の流出速度が加速する可能性が考慮に入っていない。近年の観測では実際に大規模な融雪や流出速度の加速が観測されていることから、上昇量がこうした数値を顕著に上回ることが危惧されている。AR4以降の氷床等の融解速度の変化を考慮した報告では、今世紀中の海面上昇量が1～2mを超える可能性が複数のグループによって指摘されている。
第4次報告書によれば、実測による海面水位の平均上昇率は、1961 - 2003年の間で1.8±0.5mm/年、20世紀通して1.7±0.5mm/年だった。また、ここ1993-2003年の間に衛星高度計により観測された海面上昇は3.1±0.7mm/年と大きかった。そのうち熱膨張による寄与がもっとも大きい値を示しており（1.6±0.5mm/年）、ついで氷河と氷帽の融解（0.77±0.22mm/年）、グリーンランド氷床の融解（0.21±0.07mm/年）、南極氷床の融解（0.21±0.35mm/年）の順で寄与が大きい。その他の要因の影響幅は、上記の要因より小さいと見られている。
2100年までの海面上昇量の予測は、IPCCの第3次報告書(2001)では最低9 - 88cm の上昇、第4次報告書(2007)では、最低18 - 59cmの上昇としている。しかしこれらのIPCCのモデルでは西南極やグリーンランドの氷河の流出速度が加速する可能性が考慮に入っていない。近年の観測では実際に大規模な融雪や流出速度の加速が観測されていることから、上昇量がこうした数値を顕著に上回ることが危惧されている。AR4以降の氷床等の融解速度の変化を考慮した報告では、今世紀中の海面上昇量が1～2mを超える可能性が複数のグループによって指摘されている。