Στις 11 Δεκεμβρίου του 1997 υπογράφτηκε στο Κιότο της Ιαπωνίας το Πρωτόκολλο του ΟΗΕ για την κλιματική αλλαγή, στοχεύοντας στη μείωση της εκπομπής ρύπων για τις ανεπτυγμένες χώρες κατά μέσο όρο 5,2%. Ήταν η πρώτη διεθνής σύμβαση για την αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής σε παγκόσμιο επίπεδο, με αμφίβολη ωστόσο αποτελεσματικότητα. Δεν επικυρώθηκε από χώρες με τα μεγαλύτερα ποσοστά εκπομπής αερίων, όπως οι ΗΠΑ, ενώ δεν επιτεύχθηκαν οι κύριοι στόχοι της.

Το Πρωτόκολλο του Κιότο ήταν συνέχεια της Σύμβασης-πλαισίου των Ηνωμένων Εθνών για τις Κλιματικές Μεταβολές, που είχε υπογραφεί το 1992 και αποτελούσε το πρώτο διεθνές μέτρο για την αντιμετώπιση του προβλήματος. Το 1994, όταν τέθηκε σε ισχύ η Σύμβαση-πλαίσιο, ήταν ήδη γνωστό ότι οι δεσμεύσεις της δεν επρόκειτο να επαρκέσουν για να αναχαιτιστεί η παγκόσμια αύξηση των εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου. Πάντως, στις 11 Δεκεμβρίου του 1997 οι κυβερνήσεις προχώρησαν στην έγκριση του Πρωτοκόλλου στο Κιότο της Ιαπωνίας.

Τα κράτη που υπέγραψαν το Πρωτόκολλο δεσμεύτηκαν να ελαττώσουν τις εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου την πρώτη περίοδο ανάληψης υποχρεώσεων (2008-2012) κατά μέσο όρο κατά 5,2% σε σχέση με τις εκπομπές του 1990 (ή του 1995 για ορισμένα αέρια). Δόθηκε πενταετής προθεσμία και όχι ετήσια, για να υπάρχει το περιθώριο να εξομαλυνθούν οι ετήσιες διακυμάνσεις των εκπομπών αερίων που οφείλονται σε ανεξέλεγκτους παράγοντες, όπως ο καιρός. Προσδιορίζονταν επίσης τα έξι αέρια που θεωρούνται επικίνδυνα για το κλίμα (με πιο σημαντικό το διοξείδιο του άνθρακα) καθώς και οι τομείς και οι κατηγορίες πηγών που τα εκπέμπουν.

Συνολικά τα κράτη που έχουν υπογράψει και επικυρώσει τη σύμβαση είναι 191 και χωρίζονται σε παραρτήματα ανάλογα με την οικονομική κατάσταση τους και το πόσο ευάλωτα είναι στις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής. Οι 37 χώρες είναι βιομηχανικές και ανήκουν στο Παράρτημα Ι, ενώ οι υπόλοιπες είναι εκτός του παραρτήματος και είναι κυρίως αναπτυσσόμενες. Στο Παράρτημα ΙΙ περιλαμβάνονται οι χώρες του Παραρτήματος Ι που ανήκαν τότε στον ΟΟΣΑ (Οργανισμό Οικονομικής Συνεργασίας και Ανάπτυξης) και ήταν πιο εύρωστες οικονομικά, μεταξύ των οποίων και η Ελλάδα.

Οι υποχρεώσεις των χωρών διαφέρουν ανάλογα με το παράρτημα στο οποίο ανήκουν. Για παράδειγμα, η μείωση των εκπομπών αερίων κατά 5,2 % αναφέρεται στις βιομηχανικές χώρες, καθώς για τις αναπτυσσόμενες χώρες το πρωτόκολλο δεν καθορίζει στόχους ως προς τις εκπομπές. Σημειώνεται επίσης ότι τα 15 κράτη που αποτελούσαν την ΕΕ όταν υπογράφτηκε το Πρωτόκολλο έχουν δεσμευτεί να μειώσουν κατά 8% τις εκπομπές τους, μοιράζοντας ωστόσο το βάρος ανάλογα με το μέγεθός κάθε κράτους. Αυτό δεν ισχύει για κράτη που εισήλθαν αργότερα στην ΕΕ.

Βασικό πρόβλημα που προέκυψε είναι ότι κάποιες χώρες αρνήθηκαν στην πορεία να επικυρώσουν το Πρωτόκολλο, επομένως δε δεσμεύτηκαν σε μείωση του ποσοστού εκπομπών. Οι περισσότερες από τις χώρες αυτές, μεταξύ των οποίων και οι ΗΠΑ, διέθεταν τα μεγαλύτερα επίπεδα εκπομπής αερίων, με συνέπεια να μειώσουν δραματικά την αποτελεσματικότητα του πρωτοκόλλου. Μόνο οι ΗΠΑ ήταν υπεύθυνες για το 36,1% των εκπομπών του ’90 από τις χώρες του Παραρτήματος Ι. Οι παραπάνω χώρες ισχυρίστηκαν ότι αρνήθηκαν να επικυρώσουν τη συνθήκη εξαιτίας της έλλειψης δεσμεύσεων για τα αναπτυσσόμενα κράτη, στα οποία ακόμα περιλαμβάνονται Κίνα, Βραζιλία και Ινδία, παρά τις υψηλές πλέον εκπομπές τους και τη βελτίωση της οικονομίας τους.

Προβλέπονται από το πρωτόκολλο και κάποιοι μηχανισμοί που επιτρέπουν να γίνει η μείωση εκπομπών με τον οικονομικότερο δυνατό τρόπο για τα κράτη: η εμπορία δικαιωμάτων εκπομπών, η κοινή εφαρμογή (για χώρες του Παραρτήματος Ι) και ο μηχανισμός καθαρής ανάπτυξης (για τις χώρες εκτός Παραρτήματος Ι). Κάποιες πτυχές των μηχανισμών έχουν κριθεί αρνητικά γιατί επιτρέπουν στα ανεπτυγμένα κράτη να παρακάμπτουν τις δεσμεύσεις τους. Για παράδειγμα τα κράτη με τις μικρότερες εκπομπές μπορούν να πουλούν ποσοστό των δικαιωμάτων εκπομπών, το οποίο αγοράζουν κράτη με υψηλά επίπεδα εκπομπών. Αποτέλεσμα είναι τα δεύτερα να αυξάνουν το περιθώριο εκπομπών τους και να μην αναγκάζονται τελικά να τις μειώσουν.

Ενώ πλησιάζει η λήξη της πρώτης προθεσμίας του Πρωτόκολλου του Κιότο το 2012, τα αποτελέσματά του θεωρούνται απογοητευτικά και οι στόχοι ανέφικτοι. Παρόλο που ορισμένοι το υποστηρίζουν ως τη μοναδική υπάρχουσα λύση, οι κριτικές είναι κυρίως αρνητικές. Η αποχή σημαντικών χωρών, οι αδύναμοι όροι του, η αλλαγή των συνθηκών, η έλλειψη απτών αποτελεσμάτων 13 χρόνια μετά την υπογραφή του οδηγούν στην αναζήτηση νέων, αποτελεσματικότερων λύσεων.

Έχουν προταθεί κατά καιρούς διάφορες αλλαγές και προσθήκες στο Πρωτόκολλο ή η δημιουργία νέων διεθνών συμφωνιών. Αυτήν την περίοδο διεξάγεται η Διεθνής Συνδιάσκεψη για την Κλιματική Αλλαγή στην πόλη Κανκούν του Μεξικού, όπου γίνονται συζητήσεις για το θέμα, ωστόσο είναι αμφίβολο αν θα επιτευχθεί η υπογραφή και η επικύρωση μίας ανανεωμένης συμφωνίας από όλα τα κράτη μέχρι τη λήξη της πρώτης περιόδου δέσμευσης. Ταυτόχρονα, οι κίνδυνοι και οι συνέπειες της κλιματικής αλλαγής γίνονται όλο και εμφανείς κάθε χρόνο που περνά και πιέζουν για την ανάληψη νέων μορφών δράσης.