Os níveis de dióxido de carbono (CO2) e metano, os dois gases que mais contribuem para o aumento da temperatura do planeta, continuaram a subir em 2020, apesar da desaceleração econômica causada pela resposta pandêmica ao coronavírus, e os níveis de CO2 atingiram seu pico mais alta em 3,6 milhões de anos, de acordo com a pesquisa NOAA. De acordo com o relatório, a concentração média global de CO2 na atmosfera em 2020 era de 412,5 partes por milhão (ppm), aumentando 2,6 ppm durante o ano. A taxa de aumento foi a quinta maior em 63 anos. 

O aumento ocorreu apesar de uma redução estimada de 7% nas emissões globais de carbono devido à desaceleração econômica causada pela pandemia. Sem a desaceleração econômica, o aumento de 2020 teria sido o maior já registrado, disse Pieter Tans, cientista sênior do Laboratório. O Scripps Institute of Oceanography publicou descobertas semelhantes, dizendo que as concentrações atmosféricas de CO2 na estação de monitoramento do Observatório Mauna Loa, no Havaí, estão agora em níveis recordes. Suas medições mostram que a média de março de 2021 era de 417,14 ppm, 50% mais alta do que a média de 1750-1800, pouco antes da revolução industrial. 

A carga atmosférica de CO2 registrada atualmente é comparável à registrada durante o Período Quente do Plioceno Médio, cerca de 3,6 milhões de anos atrás, quando as concentrações de CO2 na atmosfera variavam de 380 a 450 partes por milhão. Naquela época, o nível do mar estava cerca de 24 metros mais alto do que hoje, a temperatura média 3,9 °C mais alta do que nos tempos pré-industriais, e estudos indicam que grandes florestas ocupavam áreas do Ártico que hoje são tundras.