Den første klimaavtalen som er juridisk bindende ble forhandlet fram i den japanske byen Kyoto i 1997.
Kyotoprotokollen krever at industrilandene samlet skal kutte sine utslipp av klimagasser med minst fem prosent i perioden 2008—2012 sammenlignet med 1990. En lang rekke u-land er også parter til avtalen, men de pålegges ikke bindende grenser for utslippene.
Fordelingen av utslippsreduksjonene industrilandene imellom ble vedtatt etter lange og harde forhandlinger, og bygger mer på politisk drakamp enn noe klart prinsipp for rettferdig fordeling. Norge kan for eksempel øke utslippene av klimagasser med én prosent over 1990-nivået, mens EU og USA ble pålagt henholdsvis 8 og 7 prosent kutt. Norge begrunnet kravet om å slippe så strenge prosentvise kutt med at det fantes færre muligheter for billige utslippsreduksjoner her i landet.
Avtalen fra Kyoto åpner for at landenes utslippskutt kan møtes på andre måter enn ved å redusere utslippene innenlands. Tre mekanismer skal redusere industrilandenes kostnader ved å gjennomføre forpliktelsene:
Kyotoprotokollen har sterkere ordninger for håndheving enn noen tidligere miljøavtale. Hvis et land ikke oppfyller kravene til utslipp, rapportering og bruk av Kyoto-mekanismene, kan det bli pålagt en strafferente på 30 prosent av utslippene som går ut over det protokollen tillater. Strafferenten dekkes ved at man senere kutter utslippene mer enn man ellers måtte, eller kjøper ekstra kvoter fra utlandet.
Dette betyr at et land som hadde 10 millioner tonn for høye utslipp i perioden 2008—2012, må redusere utslippene med 13 millioner tonn ekstra i neste målperiode, for eksempel 2013—2017. I tillegg kan landet miste retten til å selge kvoter til utlandet.
Slik protokollen foreligger i dag vil den ikke ha noen merkbar effekt på jordas klima i seg selv. En hovedgrunn til det er at den suverent største forurenseren, USA, har stilt seg utenfor samarbeidet.
I tillegg er det kun rike land som har forpliktet seg til å gjennomføre utslippskutt. Det betyr at land som Kina, India og Brasil - som er i sterk økonomisk vekst og dermed har økte klimagassutslipp - ikke påvirkes av avtalen.
Avtalen innehoder ingen regler om straffereaksjoner mot land som trekker seg fra hele samarbeidet. Dette illustrerer det mange mener er svakheten med en avtale som er fremforhandlet i FN: at det er opp til hvert enkelt land å overholde forpliktelsene de har påtatt seg.