隨著降雨模式的變化，農民面臨著洪水和干旱的雙重威脅。這兩種極端天氣都能摧毀農作物。洪水沖走了農民賴以生產的肥沃的表層土壤，干旱則使其變干，更容易被吹走或沖走。高溫增加了作物對水的需求，使它們在干旱時期更加脆弱。頻繁發生的熱浪天氣會“熱壞”某種長期固定耕種的作物；而更多的洪水、降雪和空氣濕度，也會限制可以種植作物的類型。在一些地區，氣溫升高可能會增加農作物產量。氣候變化對農業的總體影響預計是負面的——減少糧食供應和提高糧食價格。

2019年5月發表在《公共科學圖書館·綜合》（PLoSOne）上的一項研究分析了大麥、木薯、玉米、油棕、油菜籽、水稻、高粱、大豆、甘蔗和小麥十種農作物的產量后發現，由于氣候危機，全球糧食系統每年已經減少了35萬億卡路里的生產。研究利用全球作物統計數據庫來幫助確定全球作物產量如何隨時間變化，結果發現，氣候危機對不同地區糧食產量的影響不同，歐洲、南非、南亞和澳大利亞的糧食生產受到的負面影響最大，拉丁美洲受到的正面影響多一些，亞洲、北美和中美洲受混合影響更多。有趣的是，在美國，伊利諾斯州的玉米產量下降了8%，但是在愛荷華州和中西部地區，由于氣候變化，玉米產量有所增加。

來自澳大利亞、德國和美國的研究人員進一步量化了干旱或熱浪等極端氣候對全球主要農作物產量的影響。他們于2019年5月發表在《環境研究快報》(EnvironmentalResearchLetters)上的研究顯示，玉米、水稻、大豆和春小麥生長期氣候因素的年變化因素占其產量波動的20%-49%。為了弄清極端氣候對農業產量的影響，研究人員使用了高空間分辨率的全球農業數據庫，以及近全球覆蓋的氣候和極端氣候數據集，通過運用隨機森林（RandomForests）這一機器學習算法，梳理出哪些氣候因素對農作物產量的影響最大。結果發現，導致產量異常的最重要的氣候因素與溫度有關，平均生長期溫度和極端溫度在預測作物產量方面發揮著主導作用。該研究還標定了全球熱點地區——這些地區的農作物產量占全球產量的很大比例，但最容易受到氣候變化和極端情況的影響。被標定的熱點地區大多位于北美和歐洲等工業化農作物生產區，這些地區對全球整體糧食產量至關重要。例如，非洲的玉米產量與生長季節氣候變化的關系最為密切。雖然非洲玉米產量在全球玉米產量中所占的份額很小，但非洲玉米產量的大部分用于人類消費，所以氣候變化對該地區的糧食安全至關重要。對許多已經沒有糧食安全的國家來說，如何對抗饑餓可能會成為最為棘手的問題。