I samband med de pågående klimatförändringarna så sker även en temperaturhöjning i sjöar och hav. Islossningen sker tidigare i sjöar vilket innebär att växtsäsongen för växtplankton blir längre och att perioden för skiktning kan förlängas. Dessutom kommer troligen artsammansättningen av växtplankton att förändras. Enligt klimatmodeller innebär detta att blå-grön alger börjar sin tillväxt tidigare på våren när temperaturen ökar. Effekter av klimatförändringar på marina ekosystem relaterar till förändringar av havstemperaturen, cirkulation av havsströmmar, skiktningsförhållanden, näring och pH. En ökad havstemperatur ger sedan som följd en höjd havsnivå, en minskad mängd havsis i Arktis och Antarktis, en ökad skiktning av havet, ett förändrat mönster av havsströmmar och ett förändrat inflöde av färskvatten till haven. En av effekterna vid en minskning av havsisen kan bli ett ökat ljusinflöde ner på djupet i havet som i sin tur ger en ökad primärproduktion. Emellertid kan denna ökning av primärproduktionen eventuellt begränsas av näringstillgången. I tropiska vatten är korallekosystemen väldigt känsliga för små förändringar i temperaturen. En ytterligare effekt från en ökad koldioxidhalt i atmosfären är det ökade upptaget av koldioxid till haven som ger en minskning av pH. Ett minskat pH i haven innebär att korallernas förmåga att bilda kalkskelett försämras.

Global increases in atmospheric CO2 and temperature are associated with an increase in the temperature of freshwater lakes and marine ecosystems. The ice breakup in lakes occur earlier which gives an opportunity for phytoplankton to grow early in the season. Another effect is a prolonged period of stratification in the lakes. Warming also may cause a shift of species in phytoplankton community. Climate models indicate that bluegreen algae will increase in relative abundance under the predicted future climate. The effects of climate change on marine ecosystems are related to shifts in water temperature, circulation, stratification, nutrient input and pH. An increase in temperature will create a rising sea level, decreasing sea-ice extent in Antarctica and Arctic and a altered patterns of ocean circulation and freshwater input. A greater light penetration into the water column caused by a reduction in sea ice may increase open-water phytoplankton primary production, although nutrient limitation could reduce the level of increase in primary production. In tropical waters are coral reefs very vulnerable to minor increases in temperature. A rising atmospheric CO2 and a resulting increased oceanic CO2 uptake will also reduce the sea-surface pH. A drop in pH makes it more difficult for corals to secrete and maintain their skeletons.