Một số vùng của Châu Nam Cực đang ấm lên; đặc biệt sự ấm lên mạnh được ghi nhận ở bán đảo Nam Cực. Nghiên cứu của Eric Steig công bố năm 2009 chỉ ra rằng lần đầu tiên xu hướng nhiệt độ bề mặt trung bình trên toàn lục địa Nam Cực tăng nhẹ khoảng >0,05 °C (0,09 °F) trong mỗi thập niên từ 1957-2006. Nghiên cứu này cũng cho thấy Tây Nam Cực đã ấm lên hơn 0,1 °C (0,2 °F) mỗi thập niên trong vòng 50 năm qua, và sự ấm lên này mạnh nhất trong mùa đông và xuân. Điều này được bù đắp một phần bởi sự lạnh đi ở Đông Nam Cực.[28] Đây là dấu hiệu ghi nhận được chỉ từ 1 nghiên cứu ở Nam Cực về sự ấm lên do sự phát thải cacbon dioxit của con người.[29] Tuy nhiên, 1 lượng nhỏ bề mặt ấm lên ở Tây Nam Cực không chắc chắn so với tác động trực tiếp đến sự đóng góp của mũ băng Tây Nam Cực đối với sự gia tăng mực nước biển. Thay vào đó, sự gia tăng các dòng chảy ra của sông bằng được tin là do dòng chảy vào ấm của các dòng hải lưu sâu ngoài khơi thềm lục địa.[30][31] Đóng góp chính thức vào sự gia tăng mực nước biển từ bán đảo Nam Cực có thể là kết quả trực tiếp của sự ấm lên của khí quyển lớn hơn nhiều ở đây.[32]

Năm 2002, lớp băng Larsen-B của bán đảo Nam Cực đổ sụp.[33] Trong giai đoạn từ 28/2-8/3/2008, khoảng 570 km2 (220 sq mi) diện tích băng của lớp băng Wilkins ở phần Tây Nam của bán đảo đổ sụp, làm cho phần diện tích còn lại 15.000 km2 (5.800 sq mi) của lớp băng cũng có nguy cơ lở tiếp. Lớp băng đang đóng trở lại với bề rộng khoảng 6 km (4 mi),[34][35] trước khi nó sụp đổ vào ngày 5/4/2009.[36][37] Theo NASA, sự tan chảy băng bề mặt Nam Cực diễn ra rộng khắp lớn nhất trong vòng 30 năm qua vào năm 2005, khi đó 1 khu vực có diện tích gần bằng kích thước California tan chảy trong 1 thời gian ngắn; đây có thể là kết quả của sự gia tăng nhiệt độ cao đến 5 °C (41 °F).[38]

1 nghiên cứu được công bố trong lần tái bản thứ 6 của tạp chí Nature Geoscience năm 2013 (xuất bản trên mạng vào tháng 12/2012) đã xác định trung tâm Tây Nam Cực là 1 trong những vùng ấm lên nhanh nhất trên Trái Đất. Các nhà nghiên cứu đã đưa ra số liệu nhiệt độ đầy đủ từ trạm Byrd ở Nam Cực và khẳng định "có sự gia tăng nhiệt độ tuyến tính hàng năm từ năm 1958 đến năm 2010 khoảng 2,4 ± 1,2 °C". Tại thời điểm nghiên cứu đã được công bố, các nhà nghiên cứu Mỹ đã liên kết với Trường Đại học tiểu bang Ohio, Trung tâm Quốc gia Nghiên cứu Khí quyển Hoa Kỳ và Đại học Wisconsin-Madison.[39]