氣候系統(tǒng)的某些成員的變化可能主要發(fā)生在某個區(qū)域，但是其范圍可能達到1000公里以上的次大陸尺度，會對半球甚至全球的氣候造成影響，對于這種可能發(fā)生本質(zhì)性變化的氣候成員一般稱之為臨界成員，這些成員往往對氣候變化更為敏感。

作為臨界成員通常要滿足四個條件，一是有一個閾值參數(shù)；二是這個參數(shù)與人類活動導致的氣候變化有關(guān)；三是這個參數(shù)一旦達到某個臨界點，該氣候成員狀態(tài)將發(fā)生質(zhì)的變化；四是這種變化將對自然系統(tǒng)和社會經(jīng)濟系統(tǒng)產(chǎn)生重要影響。

地球系統(tǒng)中有17個這樣的氣候敏感成員，分別是：北極夏季海冰、格陵蘭冰蓋、海洋甲烷水合物、多年凍土、喜馬拉雅冰川、南極西部冰蓋、大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流、北美西南部干旱、印度夏季風、西非季風、厄爾尼諾-南方濤動（ENSO)變化、北半球（北美）森林、 北半球（歐亞大陸）森林、亞馬孫森林、冷水區(qū)珊瑚礁、熱帶珊瑚礁、南大洋海洋生物碳泵。其中，前6個屬于冰凍圈氣候要素，中間5個屬于大氣和海洋環(huán)流氣侯要素，最后6個屬于生物圈氣候要素。

在這些已知的全球氣候敏感成員中，已有9個被激活，包括亞馬孫森林經(jīng)常性干旱，北極海冰面積減少，大西洋環(huán)流自1950年以來放緩，北美的北方森林火災和蟲害，全球珊瑚礁大規(guī)模死亡，永久凍土層解凍，格陵蘭冰蓋加速消融和失冰，南極西部冰蓋加速消融 和失冰，南極洲東部加速消融。上述敏感成員之間存在關(guān)聯(lián)，它們被激活將導致氣候效應的正反饋機制發(fā)生作用。冰面融化降低地球 的反射率進而導致地表溫度上升、海平面上升、海洋生物死亡、海洋和大氣循環(huán)模式遭到破壞，這些變化又影響了全球的溫度和降雨量。氣候的改變可能導致森林死亡從而釋放大量溫室氣體，引發(fā)地 球上多個系統(tǒng)可能由碳匯變成碳源。這些敏感成員一旦被突破還將觸發(fā)一系列的級聯(lián)效應，進一步加劇氣候變化，推動更多敏感系統(tǒng)越過臨界點，增加對人類生存與文明的威脅