1995年4月7日，为期11天的《联合国气候变化框架公约》缔约方第一届会议在德国柏林国际会议中心闭幕，会议通过了《柏林授权书》等文件。文件认为，现有《公约》所规定的义务是不充分的，同意立即开始谈判，就2000年后应该采取何种适当的行动来保护气候进行磋商，以期最迟于1997年签订一项议定书，议定书应明确规定在一定期限内发达国家所应限制和减少的温室气体排放量。授权书说，新的谈判不应增加发展中国家的义务。
依据《公约》的有关规定，截至2000年，各缔约的发达国家应将其影响气候变化的温室气体排放量降至1990年的水平，但《公约》尚未规定2000年后这些国家该如何进一步行动。会议决定，将《联合国气候变化框架公约》的办事机构之一——常设秘书处设在德国波恩。
包括中国代表团在内的116个《公约》缔约方的代表出席了此次会议。
《柏林授权书》的签订，表明《联合国气候变化框架公约》各缔约方开始意识到各国环境问题的日益严峻，而原有的公约框架已经不能够对彼此共同或者各自所面临的实际环境问题做出具有实质性的、有效的应对措施。一份关于规定具体的、可操作的国际间环境保护合作事宜的、切实可行的文件呼之欲出。
1996年《联合国气候变化框架公约》第二次缔约方大会在瑞士的日内瓦召开。
日内瓦大会就前次会议中与会的各缔约方订立的《柏林授权书》中所涉及的议定书起草问题进行进一步的讨论。会前，各国代表团均寄希望于本次会议能够在原有的《公约》以及《柏林授权书》的框架之下，通过新一轮的谈判，确立一个能够明确在一定期限内发达国家所应限制和减少的温室气体排放量的可行性文件。
然而，由于与会各缔约方及各利益集团彼此之间利益的冲突过于激烈，经过多轮艰难的谈判仍旧未获一致意见，最后决定由全体缔约方参加的“特设小组”继续讨论，并向第三次缔约方大会报告结果。
总体上看，日内瓦大会也不是一无所获，大会最后通过了其他涉及发展中国家准备开始信息通报、技术转让、共同执行活动的决定。
《京都议定书》
1997年12月，各国代表在日本京都经历了漫长的争吵之后，终于疲惫地举杯庆祝新协议——《京都议定书》的诞生。根据这份协议，从2008年到2012年期间，主要工业发达国家的温室气体排放量要在1990年的基础上平均减少5．2%。发展中国家无须承担减排义务，但被邀请在自愿的基础上参与。
这是自《联合国气候变化框架公约》签署以来，世界各国政府在应对气候变化的不利影响的进程中迈出的更远一步。《京都议定书》，全称为《联合国气候变化框架公约·京都议定书》，终于形成了关于限制二氧化碳排放量的成文法案，为工业国家制定了减排温室气体的目标。作为《联合国气候变化框架公约》的补充条款，它被认为是国际环境外交的里程碑，是第一个具有法律约束力的旨在防止全球变暖而要求减少温室气体排放的条约，它为以后制定相关的国际法律文书奠定了基础。《京都议定书》共28条正文及两个附件。正文分别介绍了定义、针对发达国家和经济转型国家缔约方的措施、减排目标、承诺等主要内容。《京都议定书》规定了《公约》附件一国家的量化减排指标，即在2008年至2012年间其温室气体排放量在1990年的水平上平均削减5．2%。《京都议定书》中规定了6种温室气体，分别是二氧化碳、甲烷、氧化亚氮、氢氟碳化物、全氟化碳、六氟化硫；还规定了排放贸易、联合履行和清洁发展机制三种“灵活机制”来帮助附件一所列缔约方以成本有效的方式实现其部分减排目标。排放贸易和联合履行主要涉及附件一所列缔约方之间的合作；而清洁发展机制涉及附件一所列缔约方与发展中国家缔约方之间在二氧化碳减排量交易方面的合作关系。
对于发展中国家格外关注的清洁发展机制，《京都议定书》规定清洁发展机制的目的是“协助未列入附件一的缔约方实现可持续发展和有益于《公约》的最终目标，并协助附件一所列缔约方实现遵守第三条规定的其量化的限制和减少排放的承诺”。
清洁发展机制主要具有三个条件：建立在自愿的基础上；须证明与有减缓气体相关的实际且可衡量的长期效益；排放削减是对在无经证明的项目活动下会发生的任何排放减少的额外补助。
《京都议定书》规定，它在“不少于55个参与国签署该条约并且温室气体排放量达到附件一中规定国家在1990年总排放量的55%后的第90天”开始生效。因此虽然早在1997年各缔约方即达成协议，但直到2005年2月16日《京都议定书》才强制生效，这也从一个侧面揭示了21世纪政治和外交的内幕。
《京都议定书》于1997年开放签署，1998年5月29日，中国常驻联合国代表秦华孙大使代表中国政府在联合国秘书处签署了《京都议定书》，中国成为《京都议定书》的第37个签约国；2002年5月23日，冰岛成为第55个签约国。
但由于占1990年附件一所列国家温室气体排放总量36．1%的美国，在此前已经以“减少温室气体排放将会影响美国经济发展”和“发展中国家也应该承担减排和限排温室气体的义务”为借口拒绝批准《京都议定书》，这就意味着要使《京都议定书》达到生效条件，需要除美国外几乎所有其他附件一国家的批准。而其中，作为世界第四大温室气体排放国，1990年温室气体排放量占附件一所列国家排放总量17%的俄罗斯的态度，尤为引人关注。
但对于是否批准《京都议定书》的问题，俄罗斯国内也一直存在非常激烈的争论。反对者认为，批准议定书将阻碍俄罗斯经济的发展，妨碍普京总统提出的在未来10年里GDP每年递增l0%以上目标的实现。从经济利益的角度考虑，俄罗斯担心美国作为全世界温室气体排放量的大国宣布退出《京都议定书》后，国际市场对减排配额的需求大大减少，这样使俄罗斯的减排配额出现供大于求的情况，也会使俄罗斯陷入不利的局面。而从俄罗斯的国内因素考虑，为落实《京都议定书》，俄罗斯也需要耗费大量的资金来建立一个与国际社会相配套的温室气体调控体系，开发新能源技术并对现有的技术设备进行改造。
正是出于以上因素的考虑，2003年9月29日，俄罗斯总统普京在世界气候变化大会上宣布俄罗斯将不急于批准《京都议定书》，这无疑使本来就挣扎在生死线上的《京都议定书》雪上加霜。
为挽救《京都议定书》，欧盟和广大发展中国家向俄罗斯等国做出让步。2001年11月10日，在摩洛哥召开的第七次缔约方大会上，通过了关于议定书实施规则的一揽子协议——《马拉喀什协定》，将部分发达国家的减排义务从5．2%降为1．8%。而另一方面，欧盟则以同意支持俄罗斯加入世界贸易组织作为俄罗斯批准《京都议定书》的重要筹码。
2004年11月5日，经过反复思索，俄罗斯终于在《京都议定书》上签字。根据议定书规定，90天后，2005年2月16日，《京都议定书》终得以生效。
美国的拒绝背后
作为全球温室气体排放量最大的工业国，美国始终拒绝加入《京都议定书》，从克林顿政府到布什政府，美国对《京都议定书》强硬的反对态度大大延缓了《京都议定书》的生效期。
美国仅占全球人口的3%至4%，但其排放的二氧化碳等温室气体的总量却占全球排放量的25%以上，是全球温室气体排放量最大的国家。美国曾于1998年签署《京都议定书》，但始终未将议定书付诸美国国会进行表决。2001年3月，布什就任美国总统后更是明确宣布退出《京都议定书》。美国环保局局长惠特曼表示，除非发展中国家也采取削减排放的措施，不然美国不会采取任何行动。她还指出，目前没有别的工业化国家批准这一协议，因此美国不是唯一有此问题的国家。
从表面上看，似乎是政府的更替而导致了美国对《京都议定书》所采取的截然不同的态度。但事实上，美国拒绝《京都议定书》有着更深层次的原因。
早在1997年7月，美国参议院就通过了伯瑞德·海格尔决议，这一决议确立了美国气候变化外交政策的基调：在发展中国家缔约方不同时承诺承担限制或者减少温室气体排放义务或将会严重危害美国经济的情况下，美国不得签署任何与1992年《联合国气候变化框架公约》有关的议定书或协定。由于国际条约在美国的批准均需要经过参议院三分之二多数的支持，因此伯瑞德·海格尔决议的通过意味着在共同但有区别的责任原则下形成的《京都议定书》显然不具备得到美国国会批准的可能。
正是基于此，一向积极推动美国签订《京都议定书》的美国副总统戈尔也改变了一向积极的态度，明确表示：“我们将集中精力促使主要的发展中国家有意义地参与，这是将《京都议定书》送交参议院批准必须跨越的一道门槛。”
布什政府在解释美国退出《京都议定书》原因时，指出气候变化存在不确定性。美国一些国会议员也认为大量关于地球气候变暖的争论是源于恐惧，而不是科学。但这样的观点在美国不代表主流的观点，即使是许多坚决反对《京都议定书》的国会议员，也承认气候变化的不确定性并非拒绝《京都议定书》的合适理由。
多数学者认为，出于环境保护可能对美国经济及国家安全所产生的影响，才是美国至今拒绝签订《京都议定书》的深层次原因。
一方面，在环境保护与经济发展的关系问题上，美国历届政府的共识是：经济是决定美国国际竞争力的重要因素，如果因限制温室气体的排放而引起能源价格的上涨，进而导致美国的能源危机和经济增长速度变慢，这种情况是不符合美国利益的。在欧洲坚持环境友善、高科技含量的发展路径时，美国却是选择了高化石能源消费、高经济增长的未来方案，并认为全球变暖的缓解只有在经济发展到一定的程度才有可能实现，走“先污染后治理”的道路。
另一方面，在环境安全与国家安全的关系问题上，美国“冷战”后的首要战略目标就是保持美国在世界的领导地位，并长期保持下去。所以在这种情况下，包括《京都议定书》在内的任何可能挑战或影响美国首要战略目标的举措均因此被拒绝。
根据美国国防部的评估，如果军方因为碳减排而要削减10%的燃料消耗的话，对陆军而言，每年要减少32．8万公里的坦克训练，并因此较大地降低了装甲机械化部队的部署速度；对海军而言，将会因为碳减排每年削减2000个航行日的训练和行动；而对于空军，将因为碳减排而减少21万小时的飞行训练和行动。
1997年10月3日，伯瑞德·海格尔决议的主要倡议者之一海格尔在参议院发言指出：“这将对我们的国家安全利益造成毁灭性的影响——谁是美国最大的化石燃料使用者？美国军队。我们真的要谈论让我们的国家安全和国防受不明确的环境诉求支配吗？我认为这样做是不明智的，我认为美国人民不希望政策制定者如此行事。”“《京都议定书》可能对美国部队的备战能力及美国在全球范围内包围其国家安全利益的能力产生严重的影响。”
因此，在美国的国家安全诉求中，环境问题充其量也只是“值得谋求的国家的利益”，一旦在外交事务中，环境保护的这种作用被弱化，并影响到经济竞争力的提升时，美国政府就会对其弃之不用。
正是基于上述原因，即使奥巴马政府在应对气候变化问题表现出较布什政府更为积极的态度，但在美国经济发展与军事安全高度依赖传统能源的状况下，美国对待《京都议定书》的态度也很难作出改变。
《巴厘路线图》诞生
由于《京都议定书》只规定了截至2012年12月31日的第一承诺期中，附件一国家的减排义务。因此，伴随着第一承诺期截止日期的临近，尽快就2007年至2009年的缔约国谈判进程指明方向和时间表，进而为2012年以后的减排任务作出相应的体制安排，已经成为各国在2007年第十三次缔约方大会上的首要任务。
12月的巴厘岛本应当是雨季，这一年却一反往常地不下雨。
从2007年12月3日开始，《联合国气候变化框架公约》第十三次缔约方大会和《京都议定书》第三次缔约方会议在印度尼西亚巴厘岛举行。联合国秘书长潘基文、6个国家的元首、100多个国家的部长以及10000多名各国和机构代表参加了这次会议。在代表们疲惫的掌声中，巴厘岛会议通过了《巴厘路线图》，为2012年之后的“后《京都议定书》”谈判定下了明确的时间表。
减排目标：最棘手的问题
本次大会最棘手的问题就是减排的目标。按照IPCC的建议，为了把地球平均气温的升幅控制在2℃之内，发达国家就必须在2020年把温室气体排放量在1990年基础上减少25%～40%，并在2050年时减少至2000年排放量的一半以下。
对于IPCC的建议，欧盟极力争取将其写入路线图中，但却遭到美国的强烈反对，而广大的发展中国家也不愿意把具体的减排数字列入其中，因为这很可能意味着他们也将被迫承担具有法律效力的减排指标。
因为三方均不愿让步，谈判一度陷入僵局。原定12月13日中午前必须起草一份路线图送交各国部长讨论，结果直到13日15时还没有任何消息。当晚，刚领取诺贝尔和平奖的美国前副总统戈尔亲临会场并公开指责美国是“阻碍谈判的罪魁祸首”，他还请求谈判代表们不要被美国缚住手脚，应该绕开继续前行。
12月14日，大会预定结束日。本应在晚上召开的全会一直拖到午夜都没有召开的迹象。最后，从大会组委会传来消息，全会将在周六上午8时举行。
12月15日，在最后时刻谈判陷入了僵局。印度代表要求把路线图中针对发展中国家条款中的三个形容词：“可衡量的”、“可报告的”和“可印证的”，从文件的开头放到结尾。这一看似毫无意义的变动却改变了整个段落的含义，这三个原本用来形容发展中国家减排指标的形容词，将用在发达国家技术转让义务上面。大会被迫休会，谈判面临破裂的局面。
此时，联合国秘书长潘基文与印尼总统苏希洛一起抵达会场。潘基文说：“没有人会完全满意地离开这个大厅。任何人都必须在相互尊重、相互理解和灵活性的基础上准备作出妥协。”苏希洛也发表了措辞诚恳的讲话，请求谈判双方采取灵活的态度，保证路线图按时出炉。