自进入21世纪以来，全球气候变化导致各类极端天气发生的频率大大增加，如极端的干旱或洪涝、超强的龙卷风等，因农业的不可重复性，极端天气的出现直接导致了粮食的减产。联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）的数据显示，当前大气中的二氧化碳含量已经超过了400 ppm，这无疑是人类历史上经历的最高碳含量。大气中不断增加的二氧化碳浓度对全球的小麦、玉米、水稻、豆类等粮食作物的影响是灾难性的。美国佛罗里达大学霍尔德•阿森教授认为，人体超过60%的热量来自小麦、水稻等粮食作物，如果粮食作物产量减少，人类就不得不去寻找其他的热量来源，如大力发展畜牧业等。实际上，畜牧业发展所产生的碳排放也是气候变化的重要原因。阿森教授所领导的科研小组在全球70多个国家和地区就主粮产量与气候变化之间的关系进行分析时发现，气候变化对95%的地区主粮生产的影响是负面的，如果全球平均气温再上升1℃，小麦的产量就会下降8%～10%；水稻、玉米、大豆等作物的产生则分别会下降5%、10%和6%。IPCC在2018年发布的一份全球气候变化对粮食生产影响的报告中指出，气候变化对小麦和水稻这两种主粮的影响最大，到21世纪末期如果全球平均气温上升2℃，小麦、水稻的产量将会下降10%～15%。

IPCC认为，如果按照当前气候变化的趋势，到21世纪末期，人类就会陷入大饥荒状态。过去20年来，极端干旱出现的频率远高于极端洪涝，粮食作物生产所需的水资源面临极度短缺的境地。在20世纪降雨充沛的中国北方、乌克兰平原、印度大部、澳洲西南部，在近20年内极端干旱发生的次数已经超过了20世纪的总和，给这些区域的农业生产带来了极大的影响。中国华北地区因为降雨的减少、干旱天气的增加，在农业灌溉中过度开采地下水已经成为常态，即便如此依然不能满足小麦生产的需要，而且还造成了地下水资源的枯竭。IPCC在20世纪90年代初期就断言，澳洲西南部地区将是人类最早受到气候变化影响的地区之一，如今这一断言已经过早变成了现实。澳洲西南部是全球著名的优质白小麦生产基地，近20年干旱已经成为这一地区的常态天气，导致白小麦产量的急剧减少。同时，20世纪90年代，在该地区广泛种植的水稻已经绝迹，稻米已经不再是澳大利亚出口的农产品，而且已经成为其进口的主要农产品之一。

气候变化的影响是全方位的，对于热带地区而言，气候变化的影响将超过其他地区。德国波茨坦气候影响研究所（PIK）在2019年的一份研究报告中指出，气候变化对于热带地区农业所带来的影响将超过对寒带、温带地区的影响，如果按照当下趋势发展下去，2050年热带地区农业将会面临灭顶之灾。其中，受到影响最大的地区是非洲、印度及拉丁美洲。阿尔托大学研究团队提出了“气候空间”这一概念，气候空间的重要标准是气温衡量，如果气温超过30℃，气候空间的范围将会增加，对这些地区的玉米、豆类作物产量的影响也会增强。如果高温在热带地区持续4个月，玉米的产量将会下降30%，其中巴西东部、中美洲、墨西哥等地区受到的影响最大。PIK在研究中进一步指出，如果按照当下的气温变化趋势，墨西哥、巴西东部及中美洲地区全年干旱天气将会达到150天，玉米、豆类作物将无法忍受过度的干旱和炙热的天气，将会进一步加剧减产的风险。此外，PIK的报告还分析了撒哈拉以南非洲及南亚大陆粮食生产受到气候变化影响的相关情况，气温的上升使得这两个地区粮食作物生长周期缩短5%，作物产量会相应下降15%。而这两个地区恰是全球贫困人口最为集中的区域，为了应对气候变化带来的影响，孟加拉国及撒哈拉以南非洲部分国家开始有意减少玉米、小麦的种植面积，改种其他能够耐高温和干旱的作物。

气候变化不仅带来粮食减产，天气、降雨等因素的影响还会引发二次效应，因为干旱、降雨或极端天气等的影响使得作物面临的病虫害形势更为严峻，而且病虫害在极端天气情况下对作物的破坏力会更强。FAO统计显示，每年全球有40%的农作物是因为病虫害的原因而导致减产，因减产而造成的损失高达2 200亿美元，其中昆虫入侵造成的损失至少为700亿美元。气候变化使得害虫在农业、林业生态系统中传播力更强，特别是在温带、北极、亚热带地区。一些害虫，因为气温升高而更具扩散性；还有一些害虫，会因为气温升高而改变迁徙路线或地理分布。对于一个地区的生态系统而言，外来的害虫入侵后，因缺少天敌，往往难以根除，治理这些病虫害需要付出更高的代价。