全球变暖引起的淡水资源短缺、表土流失和温度升高（及其他影响），使全球粮食供应增长越来越难以赶上需求增长。其中，水资源普遍短缺是最直接的威胁。灌溉是最大的挑战，占用了全球淡水用量的70%。在许多国家，数以百万计的灌溉水井抽取地下水的速度超过了降雨对地下水的补充速度。结果造成占有世界一半人口的国家地下水位不断下降，这些国家中包括中国、印度和美国3个粮食生产大国。
通常，蓄水层是可以补充的，但是一些最重要的蓄水层——“化石”蓄水层，却是不可补充的。之所以称为“化石”蓄水层，是因为它们存储远古的水，并且不能被补充。美国大平原地下巨大的奥加拉拉蓄水层、沙特蓄水层和中国华北平原地下的深蓄水层都属于“化石”蓄水层，它们的枯竭就意味着无水可抽。在干旱地区，地下水枯竭也预示农业将完全终结。
华北平原的小麦产量占中国全国1/2以上，玉米产量占全国1/3，那里的地下水位下降迅速。过度抽取地下水已经耗尽了该地区浅蓄水层的大部分水，迫使打井者瞄准深蓄水层，而深蓄水层是不可补充的。世界银行的一份报告预测，如果水供需不能快速恢复平衡，“将对子孙后代造成灾难性后果”。
中国是世界上最大的小麦生产国，随着地下水位的下降和灌溉水井的干涸，自1997年达到历史最高水平1.23亿吨以来，中国的小麦产量已经下降了8%。同期中国水稻产量下降4%。这个世界人口最多的国家可能很快就需要进口大量粮食。
印度水资源短缺的形势更加令人担忧。粮食消费和生存需要之间的余地更加狭小。数百万口灌溉水井几乎使印度每个邦的地下水位全部下降。弗雷德·皮尔斯在《新科学家》杂志中报道：
印度一半的传统手打井和数百万口浅层管井已经干涸，大量以此为生的人因此自杀。在印度的许多邦，大面积断电正在成为家常便饭，因为那里超过半数电量都要用于从1千米之下抽取地下水。
世界银行的一项研究指出，15%的印度粮食是靠抽取地下水生产的。换句话说，1.75亿印度人所需粮食的生产用水来自灌溉水井，而这些水井会很快干涸。持续水资源供应短缺可能导致不可收拾的粮食短缺和社会冲突。
第二个令人烦恼的趋势——表土流失的范围也很惊人。大约世界1/3的耕地，表土侵蚀速度快于新土形成速度。这层植物必需的、薄薄的营养物质，是文明的基础，需要经过漫长的地质年代才能形成，但通常只有15厘米厚。风蚀和水蚀引起的表土层流失曾经毁灭过多个早期文明。
2002年，一个联合国小组评估了莱索托的粮食形势（莱索托是一个小小的内陆国家，四周被南非环抱，人口200万）。这个小组得出的结论非常明确：“莱索托的农业濒临崩溃，作物生产不断萎缩。如果不采取措施扭转土壤侵蚀、土壤退化和土壤肥力下降的趋势，莱索托大片土地将无法进行作物生产。”
海地地处西半球，是第一批公认的失败国家之一。40年前，海地粮食基本自给自足，但从那以后，海地几乎失去了所有的森林和大部分表土，一半以上的粮食要依赖进口。
地球表面温度不断上升是粮食安全的第三个环境威胁，可能也是最普遍的威胁，能够影响世界各地的作物产量。世界许多国家都是在最适宜或接近最适宜的温度条件下种植作物，哪怕生长季节的温度细微上升，都可能导致作物收成减少。美国国家科学院发布的一项研究已经证实了作物生态学家的经验法则：温度相对于正常气温每上升1℃，小麦、水稻和玉米产量就会下降10%。
过去应对粮食需求不断增长的措施是，采用各种科学技术来提高农业产量。20世纪60年代和70年代，化肥、灌溉、高产小麦及水稻品种的应用革新创造的“绿色革命”，就是最著名的案例。但这一次，许多最有效的农业技术早已投入使用，土地长期生产率的提高速度正在缓慢降低。1950~1990年期间，世界粮食亩产量年增长率达到2%以上，超过人口增长率。但是从那以后，粮食单产年增长率降到了1%多一点。一些国家的粮食单产——包括日本和中国的水稻单产，似乎已经接近了可能的极限。
一些评论者把基因工程当成了救命稻草，认为转基因作物可引领人类走出困境。遗憾的是，没有任何转基因作物可以使单产有令人惊喜的提高，能够与“绿色革命”期间小麦和水稻单产翻一番的情况一较高下。以后似乎也不可能做到这一点，根本原因在于，常规作物育种技术已经开发了作物单产的大部分提升潜力。
知识点
基因工程
基因工程又称基因拼接技术和DNA重组技术，是生物工程的一个重要分支。它将外源基因通过体外重组后导入受体细胞内，使这个基因能在受体细胞内复制、转录、翻译表达的操作。
它用人为的方法将所需要的某一供体生物的遗传物质——DNA大分子提取出来，在离体条件下用适当的工具酶进行切割后，把它与作为载体的DNA分子连接起来，然后与载体一起导入某一更易生长、繁殖的受体细胞中，以让外源物质在其中“安家落户”，进行正常的复制和表达，从而获得新物种。它克服了远缘杂交的不亲和障碍。目前，已经有转基因大豆、玉米、棉花等植物和转基因牛、猪、鱼等动物出现。