观测到的气候长期变化(超过十年的时间尺度)的原因是通过确定预期的气候变化不同原因的“指纹” 是否存在于历史记录来进行评估的。这些指纹来源于对个别气候强迫所引起的气候变化的不同形态的计算机模型模拟。在数十年时间范围内，这些强迫包括诸如温室气体的增加或太阳亮度的变化等过程。通过将模拟的指纹形态与观测到的气候变化进行比较，我们能够确定观测的变化是否通过这些指纹形态或者自然变率(不由任何强迫引发)得到最好的解释。

在观测到的20世纪气候变化的形态中，人类引起的温室气体增长的指纹是明显清晰的。除此之外，这些观测的变化不能通过自然强迫或是由气候模型模拟的自然变率的指纹来解释。因此，归因研究支持这一结论，即“1951年至2010年间观测到的全球平均表面温度一半以上的增加极有可能是由人类活动所造成的。”

地球的气候一直在变化，而且可能由多种原因引起。要确定所观测到的变化的主要原因，我们必须首先确定观测到的气候变化是否不同于完全不由任何强迫引起的其他波动。不同强迫引起的气候变率 - 所谓的内部变率 - 是气候系统中各个过程相互作用的结果。大尺度的海洋变率，如太平洋的厄尔尼诺-南方(ENSO)涛动，是在十年至百年时间尺度上内部气候变率的首要来源。

气候变化还可能来自气候系统外的自然强迫，如火山爆发或太阳亮度的变化。诸如此类的强迫可引起那些地质记录中清晰记载的剧烈变化。人类造成的强迫包括温室气体排放或大气颗粒物污染。这些强迫中任意一个，不管是自然的或人为造成的，都能影响内部变率，并导致平均气候的变化。归因研究试图确定观测到的气候中能检测到的变化的原因。在过去一个世纪中，我们知道全球平均气温已经升高，因此，如果观测到的变化是由强迫引起的，那么主要的强迫一定是导致气候变暖而不是变冷的强迫。

正式的气候变化归因研究都是通过气候模型的对照实验来进行的。经模型模拟的对特定气候强迫的响应通常被称为这些强迫的指纹。为了产生一个有意义的气候变化归因评估，气候模型必须可靠地模拟这些与单个强迫相联系的指纹形态以及无强迫的内部变化形态。没有模型能够完美地再现气候的所有特征，但很多详细的研究表明，采用当前模型的模拟对于进行归因评估确实是充分可靠的。

图3和图4说明了在20世纪后期关于全球表面温度变化的指纹评估的一部分。在20世纪下半叶所观测到的变化，在图4由黑色时间序列显示，比预期的只因内部变率引起的变化更大。只模拟自然强迫(图中的黄色和蓝色线)无法重现20世纪后期全球地表变暖的变化，其空间变化形态(图4上)与观测的变化形态(图4中)完全不同。模拟包括自然和人为造成的强迫，它更好地表现了时间变化率(图3下)以及观测到的表面温度变化的空间形态(图4下)。

图4两张图都显示该计算机模型再现了自然作用导致的地表变冷的观测值，该观测的时间是在主要火山喷发之后的一年或两年(如发生在1982年和1991年)。自然强迫的模拟捕捉到火山爆发之后短暂的温度变化，但只有自然强迫结合人为引起的强迫才能模拟出更长时间的变暖趋势。

图4所示的表面温度结果外，更完整的归因评估将考察地表以上的温度以及其他可能的气候变量。当更多的变量被考虑进评估后，与个别强迫相联系的指纹形态会变得更容易辨别。

总体而言，观测到的温度变化的形态与单独响应自然强迫的形态显著不同。对所有强迫的模拟响应，包括人为强迫，很好地匹配了观测到的表面变化。如果不包括对人为强迫的响应（包括温室气体、平流层臭氧和气溶胶），我们就不能正确地模拟最近观测到的气候变化。自然原因引起的变化仍在气候系统中发挥着作用，但最近温度的趋势很大程度上归因于人为强迫。