浅蓝、浅绿——太平洋（22°45′N, 158°00′W） 深蓝、深绿——大西洋（29°10′N, 15°30′W） 蓝、绿——大西洋（31°40′N, 64°10′W）
另外两种主要温室气体，甲烷（CH4）和一氧化二氮（N2O）浓度分别达到1803 ppb和324 ppb，分别比工业化前高了150%和20%。目前这三种温室气体的浓度都达到八十万年以来的最高值。上世纪温室气体浓度的增加速率达到过去2.2万年来的最大值。
在给出全球变暖的证据后，报告探讨了全球变暖的原因。科学家用辐射强迫（Radiative forcing，RF）来衡量不同因素对气候变化的影响。某个影响因素的辐射强迫指它造成的对流层顶或大气层顶的能流变化，单位为W/m2。正的辐射强迫表示该因素会导致地表温度增加，负的则表示导致地表温度降低。
与1750年相比，2011年人类活动造成的辐射强迫达到2.29W/m2，比AR4中对2005年的评估高了43%。其中温室气体（二氧化碳、甲烷、一氧化二氮、卤代烃等）排放贡献了3W/m2，而仅二氧化碳的排放就贡献了1.68W/m2。云雾和黑碳气溶胶等气溶胶贡献了-0.9W/m2。相比之下，太阳活动变化（贡献0.05W/m2）和火山喷发（仅在个别年份有影响）等自然因素的影响微乎其微。
在既有研究成果的基础上，AR5给出了更为完善的气候模型。根据该模型，在1951-2010年间，温室气体的排放贡献了地表平均温度升高中的0.5-1.3℃；其他的人为影响，如气溶胶的增加等，贡献了-0.6-0.1℃；各种自然因素的影响在-0.1-0.1℃之间。这一模型很好地解释了这一时期0.6-0.7℃的升温。全球水循环的变化、冰雪的消融、海平面升高和某些极端天气的变化也与人类活动关系紧密。因此，这次报告认为人类活动极可能（extremely likely，95%以上可能性）导致了二十世纪五十年代以来的大部分（半数以上）全球地表平均气温升高。
根据模型，报告预测了本世纪的气候变化情况。IPCC讨论了4种具有代表性的气候政策对气候的影响，分别为RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5，其中RCP为Representative Concentration Pathway（代表浓度路径）的缩写，数字代表2100年相对于1750年的辐射强迫。在RCP2.6中，未来人类将采取大力减排措施，使得辐射强迫在21世纪达到顶峰并下降，尽管如此，到2100年大气中CO2浓度仍将达到421 ppm；而在完全不采取减排措施的RCP8.5情况下，21世纪辐射强迫将持续上升，到2100年CO2浓度将达936 ppm；RCP4.5和RCP6.0介于上述两者之间。
模型预测显示，21世纪全球平均气温增幅可能超过1.5℃乃至2℃（相比于1850-1900年），并且升温过程不会在2100年终止，只有实现减排力度最大的RCP2.0情况才有较大可能抑制全球变暖的趋势并把升温控制在2℃以内。
黑线为模型对历史的重现，彩色线条为多个模型预测的平均值，阴影代表不确定度，图线上方的数字为所使用的模型数量。右侧线条和条带表示模型给出的四种情况下2081-2100年的升温值和变化范围。所有温度变化值以1986-2005年地表平均温度为基准。
在21世纪，全球变暖将影响地球的水循环，使地球更加干湿分明；使海水继续升温；使冰川消融、海冰面积缩小、北半球春季积雪减少。
图线上方的数字为模型总数，括号内的数字为准确重现历史情况的模型的数量，实线是上述模型给出的平均结果（5年滑动平均值），阴影表示不确定度，虚线为所有模型给出的平均值，短划线表示几乎无冰的情况（海冰面积至少连续5年小于1百万平方千米）。
二氧化碳排放量的增加将导致海水进一步酸化。
海水的热膨胀和冰川消融将导致海平面上升，其幅度很可能超过1971-2010年的升高幅度。