Opwarming van de aarde is volgens wetenschappers niet alleen verantwoordelijk voor krimpende ijskappen, maar ook voor een golf van extreem weer dat hittegolven, bosbranden en droogte veroorzaakt. De ijsbeer die op een stuk krimpend ijs staat, blijkbaar gestrand, is een bekend beeld geworden, een symbool van de verwoestende effecten van klimaatverandering.
Dit beeld is enigszins misleidend, omdat ijsberen krachtige zwemmers zijn en klimaatverandering hen voornamelijk zal beïnvloeden door de toegang tot prooien te beperken. Desalniettemin zijn onderzoekers het erover eens dat zelfs kleine temperatuurveranderingen voldoende zijn om honderden reeds worstelende dieren te bedreigen. Tijd is van wezenlijk belang: een studie uit 2003 in het tijdschrift Nature concludeerde dat 80 procent van de ongeveer 1500 bemonsterde diersoorten al tekenen van stress vertonen door klimaatverandering.
Het belangrijkste effect van de opwarming van de aarde op dieren in het wild is verstoring van habitats, waarbij ecosystemen - plaatsen waar dieren zich miljoenen jaren hebben aangepast - snel veranderen in reactie op klimaatverandering, waardoor ze minder in staat zijn om aan de behoeften van de soort te voldoen. Verstoring van de habitat is vaak te wijten aan veranderingen in temperatuur en beschikbaarheid van water, die de inheemse vegetatie en de dieren die zich eraan voeden beïnvloeden.
Getroffen populaties van wilde dieren kunnen zich soms in nieuwe ruimtes verplaatsen en blijven gedijen. Maar gelijktijdige groei van de menselijke bevolking betekent dat veel landgebieden die mogelijk geschikt zijn voor dergelijke 'vluchtelingen-dieren in het wild' gefragmenteerd zijn en al volgestopt met residentiële en industriële ontwikkeling. Steden en wegen kunnen als obstakels fungeren en voorkomen dat planten en dieren naar alternatieve habitats verhuizen.
Een rapport van het Pew Center for Global Climate Change suggereert dat het creëren van 'overgangsgebieden' of 'corridors' migrerende soorten zou kunnen helpen door natuurlijke gebieden te verbinden die anders gescheiden zijn door menselijke ontwikkeling.
Naast habitatverplaatsing zijn veel wetenschappers het erover eens dat de opwarming van de aarde een verschuiving veroorzaakt in de timing van verschillende natuurlijke cyclische gebeurtenissen in het leven van dieren. De studie van deze seizoensgebonden evenementen wordt fenologie genoemd. Veel vogels hebben de timing van lang gekoesterde trek- en voortplantingsroutines gewijzigd om beter te kunnen synchroniseren met het verwarmende klimaat. En sommige overwinterende dieren stoppen hun slaap eerder elk jaar, misschien vanwege de warmere lentetemperaturen.
Tot overmaat van ramp is onderzoek in tegenspraak met de al lang bestaande hypothese dat verschillende soorten die naast elkaar bestaan in een bepaald ecosysteem als een geheel op de opwarming van de aarde reageren. In plaats daarvan reageren verschillende soorten binnen dezelfde habitat op ongelijke manieren en scheuren ecologische gemeenschappen millennia in de maak.
Terwijl diersoorten worstelen en hun eigen weg gaan, kunnen mensen ook de impact voelen. Een onderzoek van het Wereld Natuur Fonds wees uit dat een noordelijke uittocht van de Verenigde Staten naar Canada door sommige soorten zangers leidde tot een verspreiding van bergpijnboomkevers die waardevolle balsemspar vernietigen. Evenzo heeft een noordelijke migratie van rupsen in Nederland daar enkele bossen uitgehold.
Volgens Defenders of Wildlife zijn sommige van de soorten die het hardst worden getroffen door de opwarming van de aarde, kariboes (rendieren), poolvossen, padden, ijsberen, pinguïns, grijze wolven, boomzwaluwen, geschilderde schildpadden en zalm. De groep vreest dat, tenzij we beslissende stappen nemen om de opwarming van de aarde om te keren, meer en meer soorten zullen toetreden tot de lijst van dieren in het wild die tot uitsterven zijn gedreven..