近年來，全球極端天氣氣候事件頻發，不僅對發生地帶來多方面的影響，還會給全球天氣氣候帶來不同程度的改變。例如，氣候系統某些成員的變化可能主要發生在某個區域，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，對于這種可能發生本質性變化的氣候成員，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，二是這個參數與人類活動導致的氣候變化有關，三是這個參數一旦達到某個臨界點，該氣候成員狀態將發生質的變化，四是這種變化將對自然系統和社會經濟系統產生重要影響。

地球系統中有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、大西洋經向翻轉環流、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流氣候要素，最后6個屬于生物圈氣候要素。對于這些成員的變化變量、影響參數、閾值點和影響程度的認識有些已經比較清楚，如格陵蘭冰蓋，其主要變量為冰量，影響參數為溫度，臨界點為3℃，時間范圍為大于300年消融，將使全球海平面高度上升2—7米。但有些成員變化的機理尚不清楚，如ENSO在氣候變暖下是強度變化增大，還是厄爾尼諾或拉尼娜事件發生的頻率會改變。

在這些已知的全球氣候敏感成員中，已有9個被激活，包括亞馬孫森林經常性干旱，北極海冰面積減少，大西洋環流自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，以及南極洲東部加速消融。上述敏感成員之間存在關聯，它們被激活將導致氣候效應的正反饋機制發生作用。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，引發地球上多個系統可能由碳匯變成碳源。這些敏感成員一旦被突破還將觸發一系列的級聯效應，進一步加劇氣候變化，推動更多敏感系統越過臨界點，增加對人類生存與文明的威脅。