Kyotoprotokollet, i kraft sedan 2005, var det första steget på vägen till konkreta överenskommelser för att minska mängden växthusgaser i atmosfären. Protokollet ingår som en del av FN:s klimatkonvention. Enligt protokollet ska förhållandet mellan ekonomisk tillväxt och ökade koldioxidutsläpp brytas. I-länderna ska minska sina utsläpp med 5,2 procent till år 2008-2012 (den första åtagandeperioden) jämfört med 1990 års nivå. USA har, som enda i-land,  valt att ställa sig utanför Kyotoprotokollet. För utvecklingsländerna finns inga krav på att minska utsläppen, vilket i praktiken innebär att utsläppsminskningen inte kommer att bli 5,2 procent. Beslut om en ny åtagandeperiod fattades vid partsmötet i december 2012. Flera av parterna har förlängt sina åtaganden under perioden 2013- 2020. Det gäller EU, Kazakstan, Lichtenstein och Vitryssland som tar på sig bindande åtaganden om utsläppsminskningar 2013-2020.

Med Kyotoprotokollet följer en rad nya verktyg för internationellt klimatsamarbete. Tre så kallade flexibla mekanismer får enligt protokollet användas för att nå i-ländernas åtagande till år 2012. Syftet är att ge länderna förutsättningar att minska utsläppen på ett kostnadseffektivt sätt. Mekanismerna är handel med utsläppsrätter, gemensamt genomförande och mekanismen för ren utveckling. Samtliga mekanismer innebär att ett land kan dra nytta av utsläppsminskningar som åstadkoms i andra länder, eftersom klimatpåverkan är ett globalt fenomen och det inte spelar någon roll var på jorden utsläppen minskar. Mekanismerna får dock inte användas för att nå ett lands hela åtagande utan Kyotoprotokollet anger tydligt att en betydande del av ett enskilt lands insatser för att nå sina klimatmål ska bestå av inhemska åtgärder. Kyotoprotokollets åtaganden gäller fram till 2020 då åtagandena som gäller i Parisavtalet tar över.