全球变暖已经成为不争的事实，自工业革命以来，整个地球表面温度升高了约 1.2 °C，不过不同区域之间的变暖程度各不相同，总体而言，陆地地区变暖的速度比海洋要迅速，其中北极是一个突出的例子，其变暖程度相当严重，变暖速度是全球平均水平的 4 倍，这种现象被称为“北极放大”，其给北极生态带来巨大的变化，并且也与包括中国在内的北半球中纬度地区所发生的极端天气事件有关。

这种快速变暖的原因通常被认为是北极表面反照率的变化，雪和海冰的消失意味着反射到太空的阳光减少，冰雪是白色的，因此会反射大量的阳光，经过最初的变暖和冰雪融化后，极地白色的表面会被较暗的海洋表面所取代，后者会吸收更多的阳光，从而导致局部地区进一步变暖。1896 年瑞典化学家 Svante Arrhenius 就已经指出，那些通过积雪的增加或减少而改变其反照率的地方，很可能会将二氧化碳增加带来的最大影响从低纬度地区转移到极地附近。根据不同的计算方法，地表反照率反馈可能占北极变暖总量的 30% 到 60%。不过最新的研究显示，其中更具体的机制要复杂的多。下图显示了整个地球（蓝线）和北极（红线）相对于 1951-80 年的年平均表面温度。自 1990 年左右以来，北极的变暖速度明显快于地球其他地区。

尽管地球只有一个，但气候科学家可以使用气候模型来了解复杂的地球系统。 许多模型发现，在没有海冰的情况下，或者当海冰在人类高排放情况下完全融化时，北极的变暖模式仍然会被放大，尽管比海冰减少时的程度要小。在模型中，人们假设没有冰，没有云，也没有海洋环流，模型中热带地区对流层上层（即天气图中的 200 hPa层面）全年的变暖，由北纬 -30 度到 30 度的大片红色区域（下图）所示，在冬季，北极的地球表面（约 900 hPa）仍然看到一片红色。即使在这个没有冰或云的假设世界中，北极全年的变暖程度也比地球其他地区高出约 1.5 倍。其中的原因可能是高纬度地区（即北极附近）缺乏对流，一般而言当靠近地面的空气被地球温暖的表面加热时，就会发生对流。暖空气比上层的冷空气轻，因此开始进行上升运动。在热带地区，地表及其正上方的空气总是被太阳加热，因此存在大量对流，大气与大量上升空气充分混合。然而在高纬度地区，阳光与地表之间的角度意味着入射的阳光不太集中在地表上。因此，大气主要被来自热带的温暖潮湿空气加热，这意味这种空气混合要少得多。 所以基本逻辑是，目前二氧化碳和其他温室气体导致的变暖通常会导致最靠近地球表面的大气层升温，在存在对流的情况下，这种变暖会在不同层面发生混合。在高纬度地区缺乏对流会导致近地表附近温室气体造成的变暖幅度更大。

除了对流，北极变暖的另外一个推手是水蒸气，其从赤道向两极输送的增加加剧了这个过程。 一般情况下，来自热带的温暖潮湿的空气通过大气环流输送到两极，使赤道和两极之间的温差较小。由于温暖的大气可以容纳更多的水分，因此随着全球气温上升，热带大气中会有更多的水蒸气。这些额外的水分被输送到两极，在那里凝结并释放热量。 此外，北极大气中多余的水蒸气会导致温室效应增加并影响云的形成，这两者都会导致北极表面进一步变暖。

北极放大效应一般发生在冬季。这主要是由于北极海冰减少所致，液态的水具有较大的热容量，加热和冷却需要很长时间。因此当夏季和初秋海冰融化时，北冰洋吸收的阳光就会增加，这些储存的热量会在冬天没有阳光且大气比北冰洋更冷时释放。

而在极地的另外一端南极，尽管对流和水蒸气的缺乏也会影响其并导致变暖加剧，但由于南极大陆海拔较高、地表反照率反馈较小，其影响相对北极较弱。此外，由于南大洋环流，它从深海带来冷水并冷却表面，因此延迟了这种反馈过程。