Et varmere klima vil påvirke de fysiske forholdene i innsjøer og rennende vann. Den isfrie sesongen vil bli lengre, vanntemperaturen høyere og skillet mellom temperaturlagene i innsjøene mer markant.
Innsjøer som i dag er islagt om vinteren, kan bli helt isfrie med klimaendringene. I tillegg vil endrede geokjemiske prosesser i jordsmonnet forandre den kjemiske sammensetningen av vannet. Dette vil påvirke de enkelte organismene og de økologiske forholdene i ferskvann.
Både produksjon, biomasse, livssyklus og sammensetningen av arter kan forventes å bli endret.
Varmekjære arter kan bli mer utbredt og ta større plass i økosystemet. Arter som i dag knapt greier å fullføre livssyklusen i løpet av ett år, vil potensielt kunne få flere sykluser per år. Særlig arter på lavere nivåer i næringskjeden (lavere trofiske nivåer) vil kunne spre seg mot nord og mot høyereliggende vannforekomster. Generelt vil produksjon og biomasse på lavere nivåer i næringskjeden øke, og dette vil i sin tur påvirke organismer på høyere nivå.
Økt temperatur og nedbør på land kan gi økning av løst organisk materiale (humus) i avrenningsvannet, og dette vil endre lysforholdene i innsjøer. Sammen med vindstyrke og lufttemperatur vil dette påvirke temperaturlagene og dermed både primærproduksjonen og artssammensetningen av plankton i ferskvann.
Økosystemene i ferskvann i Norge har få arter. Vest for vannskillet er to til fire fiskearter det mest typiske for elver og vann, og det er ikke uvanlig at innsjøer bare har en fiskeart. Årsaken til dette er både innvandringshistorien etter siste istid, og at de norske vassdragene generelt er ione- og næringsfattige.
Disse økosystemene er unike i verdensmålestokk og det er en viktig oppgave for Norge å ta vare på dem.
Mange av de vanlige ferskvannsartene i Norge er tilpasset å leve ved relativt lave temperaturer. Viktige fiskearter som laks, ørret og røye er ikke tilpasset temperaturforhold over 20 grader, hvor vannet løser mindre oksygen. Fisken vil dermed få problemer med å ta opp nok oksygen.
Blir temperaturene over 25 grader, nærmer det seg fatale forhold for laksefiskene. Med prognoserte temperaturøkninger på fire-fem grader de neste hundre årene, vil vi kunne få sommertemperaturer i elvene i Sør-Norge som er svært ugunstig for laks og ørret. Sommertemperaturene kan bli så høye i enkelte elver at lakse- og ørretbestander vil kunne forsvinne helt.
For ørret som lever i innsjøer vil situasjonen trolig bli mindre kritisk, fordi det bare er overflatevannet som vil få høyere temperatur. Det vil fortsatt være gunstige forhold under sprangsjiktet, det vil si under sjiktet av vann som blir varmet opp i sommerhalvåret.
I nordlige områder, og i elver som i dag har avrenning fra isbreer og er for kalde for laks, kan forholdene bli mer gunstige, dersom temperaturen stiger slik prognosene sier.
Det er ventet at fremtidige klimaendringer også vil innebære økt hyppighet og intensitet av ekstremt vær. Ekstreme hendelser, som storm og flom, kan ha store effekter på økosystemene i ferskvann. Et eksempel på økologiske effekter av en slik storm er fiskedøden etter stormen i januar 1993 langs kysten av Sør-Vestlandet.
Stormen førte til at store mengder sjøsalter ble pisket opp fra sjøen til luften og avsatt innover land langs kysten. Dette resulterte i kraftig forsuring, som førte til død ørret i en rekke vassdrag, som Sogndalsvassdraget, vest for Kristiansand, og i Kvina i Vest-Agder.
Innsjøer og elver som er restituert etter forsuringsskader som følge av redusert sur nedbør, kan bli satt tilbake hvis hyppighet og styrke av ekstreme, sure episoder øker. Økt frekvens av stormer kan på denne måten forsinke full restitusjon av bestander av fisk og virvelløse dyr (invertebrater) i vassdrag som har vært forsuret.
Forurensning fra tungmetaller, særlig kvikksølv, vil også kunne bli påvirket ved endringer i temperatur og nedbør, blant annet gjennom økt mobilisering og tilgjengelighet. Kvikksølv samler seg opp og blir lagret (akkumulert) i ferskvannfisk. Særlig i nordlige, boreal strøk, kan fisk ha så høye konsentrasjoner av kvikksølv at konsumet bør begrenses.
Organiske mikroforurensninger i ferskvannsorganismer kan påvirkes tilsvarende.
