El cambio climático tiene un profundo impacto en los ecosistemas locales, afectando a la distribución, la población y el comportamiento de la flora y la fauna locales. El aumento de las temperaturas, los cambios en el régimen de precipitaciones y los fenómenos meteorológicos extremos como sequías, lluvias torrenciales y tormentas afectan directamente a los organismos vivos y sus hábitats, desencadenando reacciones en cadena en los sistemas ecológicos.
Las plantas, como columna vertebral de la mayoría de los ecosistemas, son muy sensibles al cambio climático. Los cambios en los regímenes de temperatura y precipitaciones pueden afectar a su fenología, es decir, al calendario de procesos como la germinación de las semillas, la floración y la maduración de los frutos. En algunos casos, las plantas no tienen tiempo de adaptarse a los rápidos cambios, lo que se traduce en una reducción de la productividad y la biodiversidad.
Los animales también responden de forma aguda al cambio climático porque afecta a la disponibilidad de sus recursos básicos: alimento, agua y refugio. Los cambios en la distribución y disponibilidad de los recursos alimentarios pueden hacer que algunas especies migren a nuevos hábitats, lo que a su vez provoca cambios en la estructura de los ecosistemas y en las interacciones entre especies.
El aumento de las temperaturas y el cambio de las condiciones climáticas favorecen la propagación de especies invasoras, que pueden desplazar a las especies autóctonas, reduciendo la biodiversidad. Las plantas, animales y microorganismos invasores suelen adaptarse mejor a las condiciones cambiantes y pueden ocupar rápidamente nuevas zonas, amenazando a las especies y ecosistemas autóctonos.