Die Erde wird von kurzwelliger Sonnenstrahlung erwärmt und gibt Wärme als langwellige Infrarotstrahlung ab. Treibhausgase (Wasserdampf, CO2, Methan, Distickstoffmonoxid) absorbieren einen Teil davon und strahlen ihn auch zur Erdoberfläche zurück. Der natürliche Treibhauseffekt hebt die mittlere Temperatur der Erdoberfläche um etwa 33 K auf rund 15 °C. Ohne ihn läge sie bei etwa −18 °C. Der anthropogene (menschengemachte) Treibhauseffekt verstärkt ihn: durch Verbrennung von Kohle, Erdöl und Erdgas (CO2), Rodung und Moorentwässerung (CO2), Viehhaltung und Reisanbau (Methan) sowie Düngung (Distickstoffmonoxid). Die CO2-Konzentration stieg von etwa 280 ppm vor der Industrialisierung auf über 420 ppm, die globale Mitteltemperatur um mehr als 1 °C.

Folgen sind steigende Meeresspiegel, mehr Extremwetter und verschobene Verbreitungsgebiete. Jahreszeitliche Abläufe geraten durcheinander: Schlüpfen Raupen früher, Jungvögel aber nicht, fehlt ihnen die Nahrung. Korallen bleichen bei Hitze, und das Meer versauert, weil CO2 mit Wasser Kohlensäure bildet. Auftauender Permafrost setzt Methan und CO2 frei und verstärkt die Erwärmung (positive Rückkopplung: Die Änderung verstärkt sich selbst).

Erhaltungsmaßnahmen sichern wertvolle Lebensräume. Magerrasen, Heiden und Streuobstwiesen entstanden durch Mahd oder Beweidung und verbuschen ohne Nutzung durch Sukzession, sie brauchen Pflege. Renaturierung stellt zerstörte Ökosysteme wieder her: Rückbau begradigter Flüsse mit Wiederanschluss der Auen, Wiedervernässung entwässerter Moore (Torf bindet Kohlenstoff, Entwässerung setzt ihn als CO2 frei). Nachhaltige Nutzung entnimmt nicht mehr, als nachwächst, damit Ressource und Ökosystem erhalten bleiben. Der Begriff stammt aus der Forstwirtschaft (von Carlowitz, 1713). Heute berücksichtigt er Ökologie, Wirtschaft und Soziales.

Biodiversität hat drei Ebenen: die genetische Vielfalt (Unterschiede im Erbgut innerhalb einer Art, Grundlage der Anpassung), die Artenvielfalt und die Ökosystemvielfalt (verschiedene Lebensräume). Sie hat einen Nutzwert (Nahrung, Medikamente, Rohstoffe), erbringt Ökosystemleistungen (Bestäubung, Wasserreinigung, Klimaregulation) und wird auch um ihrer selbst willen geschützt.

Hauptursachen des Verlusts sind Zerstörung und Zerschneidung von Lebensräumen, Übernutzung (Überfischung), Klimawandel, Verschmutzung und invasive Arten (Neobiota). Kleine, isolierte Populationen verlieren genetische Vielfalt und werden anfälliger. Naturschutz nutzt Rote Listen (Gefährdungsgrade), Schutzgebiete (Nationalparks, Naturschutzgebiete, in der EU das Netz Natura 2000), Biotopverbund durch Hecken und Korridore sowie Artenschutz mit Zuchtprogrammen und Saatgutbanken.

Eutrophierung entsteht, wenn zu viel Nitrat und Phosphat aus Dünger und Abwasser in ein Gewässer gelangen. Algen wachsen massenhaft, sterbende Algen werden von Destruenten unter Sauerstoffverbrauch zersetzt, am Gewässergrund fehlt Sauerstoff, und Fische sterben.

Der ökologische Fußabdruck ist die Fläche, die nötig ist, um den Verbrauch an Ressourcen dauerhaft zu decken und die Abfälle, vor allem CO2, aufzunehmen. Man gibt ihn in globalen Hektar (gha) an. Er wird mit der Biokapazität verglichen, der Fläche, die die Erde dauerhaft liefert. Ist er größer, lebt man auf Kosten künftiger Generationen. Angenommen, die Biokapazität liegt bei 1,6 gha je Person und ein Land verbraucht im Mittel 4,8 gha je Person. Dann gilt 4,8 : 1,6 = 3: Würden alle so leben, bräuchte man drei Erden.

Hormonartig wirkende Substanzen binden an Hormonrezeptoren und ahmen Hormone nach oder blockieren sie. Beispiele sind Bisphenol A aus Kunststoffen (östrogenähnlich), Hormonreste aus Antibabypillen im Abwasser und Tributylzinn aus Schiffsfarben, das bei Meeresschnecken Weibchen männliche Merkmale entwickeln lässt. Schon sehr geringe Mengen wirken: Unterhalb von Kläranlagen finden sich Fische mit verweiblichten Männchen.

Umweltgifte sind besonders gefährlich, wenn sie persistent (schwer abbaubar) und fettlöslich sind. Sie reichern sich im Fettgewebe an (Bioakkumulation) und steigen in der Nahrungskette von Stufe zu Stufe (Biomagnifikation), denn ein Räuber frisst viele belastete Beutetiere und scheidet den Stoff nicht aus. Beispiele sind DDT, PCB und Quecksilber in Raubfischen. DDT führte bei Greifvögeln wie dem Wanderfalken zu dünnen Eierschalen.