為了人類免受氣候變暖的威脅，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制發達國家溫室氣體排放量以抑制全球變暖的《京都議定書》。《京都議定書》規定，到２０１０年，所有發達國家二氧化碳等６種溫室氣體的排放量，要比１９９０年減少５．２％。具體說，各發達國家從２００８年到２０１２年必須完成的削減目標是：與１９９０年相比，歐盟削減８％、美國削減７％、日本削減６％、加拿大削減６％、東歐各國削減５％至８％。新西蘭、俄羅斯和烏克蘭可將排放量穩定在１９９０年水平上。議定書同時允許愛爾蘭、澳大利亞和挪威的排放量比１９９０年分別增加１０％、８％和１％。

《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后，才能成為具有法律約束力的國際公約。中國于１９９８年５月簽署并于２００２年８月核準了該議定書。歐盟及其成員國于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只有美國沒有簽署《京都議定書》。

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，單方面承諾到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，愿與其他國家一起到２０５０年使全球溫室氣體排放量至少減半，并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。

２０１２年之后如何進一步降低溫室氣體的排放，即所謂“后京都”問題是在內羅畢舉行的《京都議定書》第２次締約方會議上的主要議題。２００７年１２月１５日，聯合國氣候變化大會產生了“巴厘島路線圖”，“路線圖”為２００９年前應對氣候變化談判的關鍵議題確立了明確議程。

《京都議定書》建立了旨在減排溫室氣體的三個靈活合作機制——國際排放貿易機制、聯合履行機制和清潔發展機制。以清潔發展機制為例，它允許工業化國家的投資者從其在發展中國家實施的并有利于發展中國家可持續發展的減排項目中獲取“經證明的減少排放量”。

２００５年２月１６日，《京都議定書》正式生效。這是人類歷史上首次以法規的形式限制溫室氣體排放。為了促進各國完成溫室氣體減排目標，議定書允許采取以下四種減排方式：

一、兩個發達國家之間可以進行排放額度買賣的“排放權交易”，即難以完成削減任務的國家，可以花錢從超額完成任務的國家買進超出的額度。

二、以“凈排放量”計算溫室氣體排放量，即從本國實際排放量中扣除森林所吸收的二氧化碳的數量。

三、可以采用綠色開發機制，促使發達國家和發展中國家共同減排溫室氣體。

四、可以采用“集團方式”，即歐盟內部的許多國家可視為一個整體，采取有的國家削減、有的國家增加的方法，在總體上完成減排任務。