Eine der direktesten Auswirkungen des Klimawandels ist der Anstieg der Meeresspiegel. Für den Menschen ist er besonders problematisch, denn rund ein Zehntel der globalen Bevölkerung lebt in Küstennähe und weniger als zehn Meter oberhalb des Meeresspiegels. Steigende Pegel lassen Inseln und Uferzonen versinken, Süßwasser und Böden versalzen und Sturmfluten haben schlimmere Folgen.
Die Ozeane steigen wegen zweier Effekte: Wasser dehnt sich bei höheren Temperaturen aus, die Wassermassen der Meere nehmen also ein größeres Volumen ein. Außerdem kommt durch das Abschmelzen von Gletschern und anderem Landeis Wasser hinzu. Seit 1870 sind laut IPCC die Pegel bereits um 20 Zentimeter gestiegen, pro Jahr legen sie derzeit um gut 3 Millimeter zu. Bis Ende dieses Jahrhunderts rechnet der IPCC mit einem Anstieg um 18 bis 59 Zentimetern – allerdings ist bei dieser Schätzung u. a. der Effekt des abschmelzenden Festlandeises auf Grönland noch nicht enthalten.