Geofisico e climatologo americano, professore alla Columbia di New York, può essere definito il “pioniere” dei cambiamenti climatici. Il suo interesse per la scienza e il clima nacque quasi per caso grazie a un'amicizia, quella con lo studente Paul Gast, che nell’estate del 1952 lo aiutò a organizzare un test di laboratorio in quello che allora si chiamava Osservatorio Geologico Lamont. Paul sarebbe sarebbe diventato in seguito direttore del programma lunare della NASA.

Gli studi di Broecker si basavano soprattutto sull’osservazione degli oceani. A partire dal 1960, Broecker navigò su molti degli oceani e dei mari del mondo per mappare la circolazione oceanica, lo scambio di gas con l’atmosfera e altri processi marini. Un lavoro collettivo che fornì le basi per praticamente tutti gli studi successivi di chimica marina e sulla relazione degli oceani con il clima. I flussi oceanici globali causati dalla variazione di densità delle masse d'acqua, ovvero le differenze di temperatura e salinità di queste ultime, determinano infatti spostamenti di traiettoria che si ritiene influenzino il clima. Broecker intuì inoltre che con il crescere delle temperature anche l'andamento delle precipitazioni sarebbe cambiato, e che bisognava dare il via a nuove ricerche per comprendere e predire la situazione climatica futura.

Già nel 1975, quando il mondo era in piena guerra fredda, Broecker pubblicò uno studio - intitolato Cambiamenti climatici: siamo sul punto di fronteggiare un forte riscaldamento? - che prevedeva la crescita della temperatura media globale nei futuri 40 anni “ben oltre i limiti degli ultimi mille anni”, a causa della concentrazione di CO2 nell’atmosfera. Da solo aveva compreso nel dettaglio e con largo anticipo quello che conosciamo come global warming, riscaldamento globale, e le conseguenze che avrebbe avuto sul mondo. Il termine fu rapidamente adottato dal mondo scientifico e fece la sua comparsa nel primo rapporto sul clima pubblicato dall’U.S. National Academy of Sciences nel 1979.

Nel 1984 Broecker propose a una Commissione del Congresso di lanciare un piano nazionale per capire le dinamiche dell’atmosfera, degli oceani, del ghiaccio e della biosfera, avvisando della necessità immediata di limitare l’uso dei combustibili fossili. "Continuando a riversare nell'aria gas serra, portiamo avanti un esperimento che potrebbe avere conseguenze devastanti", disse. La sua mente brillante e il suo coraggio furono strumenti per portare all’attenzione della comunità internazionale - che non seppe ascoltare i suoi moniti - i rischi legati ai cambiamenti climatici e gli effetti che essi avrebbero causato. La sua individuazione dei gas serra come principali responsabili del riscaldamento fu infine il grande punto di partenza per gli studi successivi sul clima.

Su Nature, nel 1987, dichiarò: "Stiamo giocando alla roulette russa con il clima".

Premiato con la Medaglia nazionale per la Scienza nel 1996, fu in grado di far parlare del problema del riscaldamento globale in un periodo in cui pochissime persone erano pronte ad ascoltare. Scomparso nel 2019, ha continuato a discutere con i colleghi dei suoi progetti e delle sue ricerche fino a pochi giorni prima della sua morte.