התחממות עולמית (או התחממות גלובלית) הוא מונח המשמש לתיאור עלייה בטמפרטורה הממוצעת של פני השטח של כדור הארץ. תהליך זה החל במאתיים השנים האחרונות כתוצאה מהמהפכה התעשייתית, והוא מתרחש בקצב חסר תקדים במהלך מאה השנים האחרונות. ההתחממות עולמית היא אחד ההיבטים של שינוי אקלים, שניתן למצוא לו עדויות במדידות טמפרטורה וכן בתצפיות על השפעות שונות של ההתחממות. על אף שבתקופות גאולוגיות קודמות אפשר להבחין בתקופות התחממות אחרות, המונח מתייחס בדרך כלל לעליה הנצפית בטמפרטורת האוויר והאוקיינוסים מאז 1900, שנגרמת בעיקר כתוצאה מפליטת גזי חממה בשל הכלכלה מבוססת-התיעוש המודרנית. נהוג להשתמש במונחים "ההתחממות העולמית" ו"שינוי האקלים" לתיאור אותה תופעה, אבל "שינוי האקלים" כולל גם את "ההתחממות העולמית" ואת השפעותיה, כמו שינויים במשטר המשקעים, שמשתנים לפי המיקום הגאוגרפי. הרבה מהשינויים הנצפים באקלים מאז שנות החמישים של המאה ה־20 נחשבים לחסרי תקדים מאז שהחלו למדוד את הטמפרטורה בצורה ישירה, או מאז כמה מאות מיליוני שנים, לפי מדידות סמנים פלאו-קלימטולוגיות.