气候变化往往与人类活动密切相关，工业革命以来，人类活动导致了全球温度升高、二氧化碳浓度升高、区域气候模式震荡，造成海水温度升高、海平面上升、海洋酸化，促使海洋生物从基因到生态系统水平发生改变，影响海洋生态系统的结构和功能。

2019年9月25日，政府间气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change; IPCC）在摩纳哥发布《气候变化中的海洋和冰冻圈》特别报告。报告指出，由于温室气体排放，全球平均气温已经比工业化前升高了1℃，海平面上升的平均速度是每年3.6毫米，比20世纪快了两倍多。报告预测，“假如温室气体排放量持续强劲增长”，到2100年，海面的上升幅度可能将超过1米。

海洋环境对全球气候变化的响应包括全球大洋和区域海洋的温盐变化、热含量变化、海平面升降以及海冰融化等物理响应，也包括海水酸度、含氧量等化学响应和海洋生物迁移、生物多样性减少等生物响应，其中气候变化引起的海洋生态系统结构和功能的变化主要分为以下几个方面。

全球变暖导致表层海水升温，浮游植物的种类和分布会随之发生改变，一些暖水种向两极扩布，或者藻华发生时间提前，降雨量的增加可能导致沿岸水中浮游植物的群落结构和生产力发生改变，气候变化会导致混合层深度变浅、海水层化加剧，将造成深层水营养盐向表层水的输送减少，表层水中浮游蓝细菌、鞭毛藻和浮游甲藻的丰度增加，“微生物环”逐渐取代“经典食物链”。

表层海水温度升高，对不同种类浮游动物生长的影响有所不同，从而使浮游动物的种群数量和群落结构发生改变；海水温度的改变会导致浮游动物个体大小的变化；海水温度的改变还会导致浮游动物的空间分布发生改变；海水层化加剧，可能导致浮游动物丰度下降、水母暴发频率增加。

气候变化可能引起降雨量发生改变，影响沿岸海水的盐度和浊度，进而对潮间带的植物和动物产生影响，导致沿岸生态系统的物流和能流发生改变。而气候变化引起的风暴潮发生频率和强度的改变可能导致基岩海岸生物的丰度和群落结构发生重大变化。

温度是影响生物功能的重要因子之一，全球气候变化下的海水温度变化主要引起海洋生物个体基因表达、繁殖和发育、群落结构的改变和物种演替。不同温度区系即便是同一物种，其基因表达也有所不同。环境压力下的基因选择，可能导致寿命较短的生物种群的等位基因频率发生快速的改变。同时，温度的改变，可能导致群落粒级结构和生物量的改变。温度变化驱动浮游生物繁殖高峰的改变，可能导致浮游食物网的破坏，从而影响一些经济鱼类的产量。温度上升已经并继续改变着海洋生物的物种分布格局，加速海洋生物病虫害爆发并可能引起部分海洋物种面临日益严重的灭绝危险。

为应对气候变化对海洋生物和生态系统的影响，一方面，人们需要加强研究，提高对海洋物理过程变化导致的生态后果的预测水平。另一方面，需要密切监测海洋生态系统的演替与退化，并采取有效的调控措施，以减缓气候变化的影响。全世界范围内，减少CO₂的人为排放，使人为因素导致的气候变化降到最低限度，这是当前应对气候变化的有效方法之一。此外，政府的管理和调控是应对气候变化影响的最有力保障。

南极温度达到17.5℃