設定強製性減排目標的第一份國際協議是《京都議定書》。《京都議定書》是《聯合國氣候變化框架公約京都議定書》的簡稱，是就1992年達成的聯合國《聯合國氣候變化框架公約》所做出的溫室氣體減排義務的具體實施規則。
1997年12月，《聯合國氣候變化框架公約》第3次締約方大會在日本京都召開。149個國家和地區的代表通過了旨在限製發達國家溫室氣體排放量以抑製全球變暖的《京都議定書》。《京都議定書》的目標是於2008—2012年之間把溫室氣體的減排量在1990年的基礎上降低5.2%，按照各個國家工業化進程的差異，根據共同但有區別的責任原則，它把締約國分為38個工業發達國家（稱為附件1國家）和103個發展中國家。發達國家在2012年之前要率先承擔起減排責任，完成具體的減排額定，即歐盟必須完成8%的減排指標，美國完成7%，日本、加拿大完成6%的指標，如果完成不了這個指標將受到嚴厲的經濟處罰。
《京都議定書》的突出貢獻是引進了三個靈活的市場機製，即國際排放貿易（InternationalEmissionsTrading，IET）、聯合履行機製（JointImplementation，JI）、清潔發展機製（CleanDevelopmentMechanism，CDM），把屬於公共物體的環境問題用市場手段加以解決。無論是國際排放貿易（IET）、聯合履行（JI）還是清潔發展機製（CDM），他們的共同特點是“境外減排”，而非在本國實施減排行動，其核心都是把二氧化碳的排放量或減排量進行量化，容許進行市場買賣和交易，引導企業獲得最廉價的減排成本。國際排放貿易（IET）是指發達國家相互轉讓它們的部分“允許的排放量”（AssignedAmountUnit，AAU），聯合履行（JI）是在發達國家之間通過投資項目的方式獲得低價的“減排單位”（EmissionReductionUnits，ERU）。國際排放貿易和聯合履行是在發達國家之間進行的合作。
排放量（AAU）和減排單位（ERU）不僅可以用來抵減，同時也可以進入流通市場進行金融交易。現在，國際上已經形成了一個以減排廢氣為商品新興的國際碳交易市場，減排額成了投資界的熱門商品。
清潔發展機製（CDM）則是發達國家與發展中國家之間的合作。發達國家與發展中國家合作應對氣候變化，以項目為合作載體，發達國家通過提供資金和技術的方式與發展中國家開展項目級的合作。通過項目所實現的“經核證的減排量”（certifiedemissionreductions，CERs），用於發達國家締約方完成在議定書第三條下關於減少本國溫室氣體排放的承諾。
清潔發展機製被公認為是一項“雙贏”機製，它解決了發達國家的減排成本問題和發展中國家的持續發展問題。對於發達國家來講，能源結構的調整，高耗能產業的技術改造和設備更新，以及大麵積植樹造林活動的推廣，都需要高昂的成本，甚至付出犧牲GDP的代價，根據日本AIM經濟模型測算，在日本境內減少一噸二氧化碳的邊際成本為234美元，美國為153美元/噸碳，經合組織中的歐洲國家為198美元/噸碳，當日本要達到在1990年基礎上減排6%溫室氣體的目標時，將損失GDP發展量的0.25%。而當發達國家內部實行排放貿易時，邊際減排成本可降為65美元/噸碳，實施全球排放貿易時，邊際減排成本又降為38美元/噸碳，實行CDM機製後，減排成本還可以進一步下降，如果是在中國進行CDM活動的話，可降到20美元/噸碳。以正式獲得聯合國批準的內蒙古輝騰希勒風力發電項目為例。該項目采用風力發電，裝機容量為25.8MW，總投資1737.7萬美元。按照已批準的方法學AM0005，項目在十年期內可減少同等火力發電站燒煤所產生的600，248噸CO2排放量。該減排量已通過論證和批準，將在正式發電後通過CERUPT2001采購計劃銷售給荷蘭政府，采購價定為5.4歐元/噸CO2價格。總計回收資金約324萬歐元，相當於總投資的11%左右。目前該項目已經開始正式建設，中國開展CDM的市場前景非常可觀。據世界銀行估計，2005—2008年之間全球的減排量需求為25億噸，每年通過CDM渠道合作的減排量在2～4億噸二氧化碳當量，中國將在其中占據一半左右的市場。清華大學清潔發展機製研究小組的研究表明，預計2005年CDM項目將會使外國投資淨增加19.6億元，2010年達到39.4億元。
《京都議定書》需要占1990年全球溫室氣體排放量55％以上的至少55個國家和地區批準之後，才能成為具有法律約束力的國際公約。中國於1998年5月簽署，並於2002年8月核準了該議定書。歐盟及其成員國於2002年5月31日正式批準了《京都議定書》。目前已有170多個國家批準加入了該議定書。2007年12月，澳大利亞簽署《京都議定書》，至此世界主要工業發達國家中隻有美國沒有簽署《京都議定書》。《京都議定書》於2005年2月16日正式生效
截至2004年，主要工業發達國家的溫室氣體排放量在1990年的基礎上平均減少了3.3％，但世界上最大的溫室氣體排放國美國的排放量比1990年上升了15.8％。2001年，美國總統布什剛開始第一任期就宣布美國退出《京都議定書》，理由是議定書對美國經濟發展帶來過重負擔。
2007年3月，歐盟各成員國領導人一致同意，單方麵承諾到2020年將歐盟溫室氣體排放量在1990年基礎上至少減少20％。2009年7月，八國集團領導人表示，願與其他國家一起到2050年使全球溫室氣體排放量至少減半，並且發達國家排放總量屆時應減少80％以上。經濟大國能源安全和氣候變化論壇領導人會議發表宣言，強調將全力應對氣候變化帶來的挑戰。
（三）巴厘島路線圖
2007年12月3日—15日，世人矚目的聯合國氣候變化大會在印尼巴厘島召開，來自《聯合國氣候變化框架公約》的192個締約方以及《京都議定書》176個締約方的1.1萬名代表參加了此次大會。這也是聯合國曆史上規模最大的氣候變化大會。會議原定14日結束，但美國與歐盟、發達國家與發展中國家之間由於立場上的重大差異展開了激烈交鋒，會期被迫延長1天，為期13天的會議最終通過了“巴厘島路線圖”。
“巴厘島路線圖”規定，在2009年前就應對氣候變化問題新的安排舉行談判，達成一份新協議。新協議將在《京都議定書》第一期承諾2012年到期後生效。歐盟原本希望會議提出具體減排目標，即發達國家2020年前將溫室氣體排放量相對於1990年排放量減少25%～40%。美國、加拿大、日本等國反對這一目標。為了達成妥協，最後文本刪除了具體目標的表述，隻是明確了“解決氣候變化的急迫性”。此外，未來的談判將討論為發展中國家提供財政和技術支持等問題。
“巴厘島路線圖”的要點主要有：
1.確認為阻止人類活動加劇氣候變化必須“大幅度減少”溫室氣體排放。文件援引科學研究建議，2020年前將溫室氣體排放量相對於1990年排放量減少25%～40%。但文件本身沒有量化減排目標。
2.為應對氣候變化新安排舉行談判，談判期為2年，應於2009年前達成新協議，以便為新協議定在2012年底前生效預留足夠時間。2008年計劃舉行四次有關氣候變化的大型會議。
3.談判應考慮為工業化國家製定溫室氣體減排目標，發展中國家應采取措施控製溫室氣體排放增長。比較發達的國家向比較落後的國家轉讓環境保護技術。
4.談判方應考慮向比較窮的國家提供緊急支持，幫助他們應對氣候變化帶來的不可避免的後果，比如幫助他們修建防波堤等。
5.談判應考慮采取“正麵激勵”措施，鼓勵發展中國家保護環境，減少森林砍伐等。
（四）哥本哈根會議
哥本哈根會議全稱是《聯合國氣候變化框架公約》締約方第15次會議，於2009年12月7日—19日在丹麥首都哥本哈根召開。12月7日起，192個國家的環境部長和其他官員們在哥本哈根召開聯合國氣候會議，商討《京都議定書》一期承諾到期後的後續方案，就未來應對氣候變化的全球行動簽署新的協議。
根據2007年《巴厘路線圖》的規定，在哥本哈根召開的第15次會議將努力通過一份新的《哥本哈根議定書》，以代替2012年即將到期的《京都議定書》。考慮到協議的實施操作環節所耗費的時間，如果《哥本哈根議定書》不能在會議上達成共識並獲得通過，那麼在2012年《京都議定書》第一承諾期到期之後，全球將沒有一個共同文件來約束溫室氣體的排放。這將導致人類遏製全球變暖的行動遭到重大挫折。也因為這個原因，本次會議被廣泛視為是人類遏製全球變暖行動最後的一次機會。
基於現實困境，各國政府、非政府組織、學者、媒體和民眾都高度關注本次哥本哈根世界氣候大會，哥本哈根的議題在近一年來一直是各大國際外交場合的重點議題。美國總統奧巴馬和中國國家主席胡錦濤已經多次就此話題表態。而中美兩國對氣候變化議題的態度一直都是全球媒體的關注重點。
根據UNFCCC秘書長德波爾的表述，在此次會議上，國際社會需就以下四點達成協議：
1.工業化國家的溫室氣體減排額是多少？
2.像中國、印度這樣的主要發展中國家應如何控製溫室氣體的排放？
3.如何資助發展中國家減少溫室氣體排放、適應氣候變化帶來的影響？
4.如何管理這筆資金？
經過馬拉鬆式的艱難談判，哥本哈根氣候變化大會於當地時間19日下午在達成不具法律約束力的《哥本哈根協議》後閉幕。
盡管聯合國秘書長潘基文從正麵對哥本哈根氣候變化大會做出積極評價，但國際社會普遍表示了失望情緒，尤其是那些滿腔熱情、風塵仆仆、忍凍耐寒卻難以進入會場的非政府談判代表。《哥本哈根協議》是在談判最膠著狀態下，18日由美國、中國、印度、巴西和南非五國討論提出的。根據規則要求，任何協議都須經所有締約方，也就是192個國家一致通過後方具有法律約束力。《哥本哈根協議》在19日的表決中僅得到了部分國家的通過，各國隻是注意到有這樣一份協議，可自願決定是否簽署。
《哥本哈根協議》的關鍵內容可歸納為三點：一是長期行動目標方麵，維持了將全球氣溫上升控製在比前工業化時期不超過2℃的此前共識。二是減排承諾方麵，《公約》附件一締約方在2010年1月31日前提交2020年的量化減排目標；非《公約》附件一締約方在2010年1月31日前提交減緩行動措施，僅供文件彙編用途。三是資金供給方麵，在有意義的減緩行動和透明的背景下，發達國家到2020年每年共同籌集1000億美元以滿足發展中國家的減排需要；在2010—2012年間發達國家提供300億美元額外資金幫助發展中國家減少因毀林和森林退化造成的排放；上述供資大部分均由新設立的“哥本哈根氣候綠色基金”管理。
正所謂“期望越高，失望越大”。除了不具有法律約束力之外，國際社會對《哥本哈根協議》最大失望莫過於未能就發達國家2020年的減排目標作出規定，即便是給出相應的數字。
人們有理由對此次會議感到失望，但還不至於絕望。《哥本哈根協議》維護了《公約》及其《京都議定書》確立的“共同但有區別的責任”原則，同時就發達國家實行強製減排和發展中國家采取自主減緩行動做出了安排，並就全球長期目標、資金和技術支持、透明度等焦點問題達成廣泛共識。至少，各國都亮出來底牌，也學會放棄一些不切實際的幻想和不合理預期，這會為後續談判奠定一定的基礎。哥本哈根已逝，後續談判更難。關注點將集中在溫升2℃目標與減排幅度的關聯、發達國家的中期減排目標的量化明確、發展中國家“適當的減緩行動”的具體化、測量、報告和核查的技術細節與安排等。
（五）期待坎昆會議
2010年2月23日，聯合國氣候變化框架公約（UNFCCC）締約方大會正式宣布，將於4月1日開始在聯合國框架下開展今年的首輪氣候談判會議。除此之外，該大會還為今年的兩次主要會議設定了日程表：分別在5月31日和11月29日開始UNFCCC第32屆附屬機構會議和坎昆第16屆聯合國氣候變化大會。墨西哥坎昆聯合國氣候變化大會，將力求解決各國在哥本哈根懸而未決的5大問題。今年談判要解決的首要問題，就是要確保氣候變化公約所有締約方能夠公平、公開、透明、廣泛參與。而解決此問題最合法、最有效的方式，是保證所有締約方都能參與談判。因此，要繼續按照巴厘路線圖的授權進行公約和議定書兩個工作組的談判。在談判的主要議題方麵，有4個問題待解決。首先是資金問題，發達國家已承諾要在最近三年拿出300億美元快速啟動資金，到2020年每年要達到1000億美元的資金。今年談判應先落實快速啟動資金，發達國家要把出資的份額落實到國家。“希望落實今年的100億，哪些國家出？出多少？如何使用資金？”談判的另一個議題是繼續加強技術合作和技術轉讓，應該把“怎樣轉讓？轉讓什麼技術？”等機製方麵的問題確定下來。其次是發展中國家要拿出減排行動。最後是發達國家要求對發展中國家的減排行動實施“三可”（可測量、可報告、可核實）的問題，也就是對發展中國家自主減緩行動的磋商和分析問題。這次談判要解決“三可”什麼？怎麼“三可”？要把磋商和分析的製度建立起來。