全球变化研究国家重大科学研究计划“十二五”专项规划的主要任务包括以下几个方面：
一、全球变化的科学研究，从地球系统的整体性出发，通过统计分析、动力诊断、理论构建、实验模拟和数值模拟等手段，探索全球变化的事实、过程和机理。研究内容包括全球气候变化的事实、驱动机制、区域差异、多尺度相互作用，以及地球系统自然历史周期特征、气溶胶-云-辐射反馈过程、东亚季风、西风带气候变化等。
二、海-陆-气相互作用研究，涉及生物地球化学循环对全球变化的影响，冰冻圈-生物圈-水圈的非线性相互作用，以及海洋对全球变暖的响应和调控作用。同时，还关注气候变化对季风爆发、风尘起源、冰川剥蚀与全球二氧化碳排放的关系等。
三、气候系统的敏感性与可预报性，研究全球气候变化的转折特征、对外扰动的敏感性和突变机制，预测气候变化的阶段性转折和突变趋势。
四、全球变化敏感区的气候与环境变化规律，包括对全球气候变化敏感地区的识别，以及这些区域的季节、年际和年代际尺度的气候变化预测。
五、人类活动对全球变化的影响，包括温室气体排放、人为气溶胶排放和土地利用变化对全球变暖的贡献预测，以及全球温室气体排放监测技术体系的建立。
六、气候变化影响及适应，研究气候变化对生物圈、冰冻圈、水资源、海洋环境和人类社会的影响，以及适应气候变化的最佳途径和策略。
七、综合观测和数据集成，旨在完善全球变化综合观测系统，提高数据质量和共享水平，通过数据同化提高预测和评估能力。
八、地球系统模式研发，通过技术创新，开发高分辨率气候系统和地球系统模式，深入研究不确定性过程，进行气候变化模拟和预测。
九、近地空间环境和固体地球模式，研究电磁耦合、能量交换模型，以及地球工程效应的模拟。
这些任务旨在深化对全球变化的理解，为应对气候变化提供科学依据和技术支撑。
2012年5月14日，科技部以国科发基〔2012〕627号印发《全球变化研究国家重大科学研究计划“十二五”专项规划》。该《规划》分形势与需求、总体思路与发展目标、主要任务、保障措施4部分。主要任务是：全球变化的事实、过程和机理研究，人类活动对全球变化的影响研究，气候变化的影响及适应研究，综合观测和数据集成研究，地球系统模式研究。