地球上各种自然现象都在不断的变化之中，气候的变迁也不例外，所不同的是气候变迁经历的是大跨度的地质历史时期，科学家通过研究历史气象记录、古文献记载、考古实物、地质地貌现象以及理论推测来再现历史上发生的气候变迁。

　　地质时期的气候变迁
　　地质学上的证据显示出在地球整个的自然历史中，至少有十分之九的时间是温暖气候所主宰的时代，如古生代早期，从寒武纪起，经奥陶纪、志留纪至泥盆纪，漫长的2.5亿年中；整个中生代至新生代的新第三纪的约2亿多年，气候都是以温暖为优势，当然其中肯定包含间隔着若干个短暂的寒冷时期（冰期）。为冰期所中断的时期的持续时间和影响范围，难以确认，但仅从对地层沉积物的研究上来看，似乎在前寒武纪（距今6亿年前）和石炭、二迭纪（距今3.5~2.25亿年）曾出现过大冰期。
　　在最近的一百万年中以寒冷气候为主导，即第四纪大冰期时期。北极地区的冰盖向中纬度地区大幅度扩张，最强盛的时候到达过北纬57度，某些地方冰盖的厚度达2千米。大冰期中间隔着温暖的间冰期，冷暖的气候变迁引起冰川的消长进退，对欧洲阿尔卑斯山的冰川地貌研究表明，第四纪冰期分为四个冰期，为三个相对温暖的间冰期所分隔。冰期与间冰期相比较，中纬度地区的山地雪线升降幅度可超过1200米。
　　在我国北方第四纪沉积层所出土的化石中，代表寒冷气候和温暖气候的生物，前者如披毛犀、猛犸象、虎耳草和阴地蕨等，后者如梅氏犀、水牛、榆属、柳属等，证明了第四纪时期我国的气候变迁；再如广泛分布于西北和华北的黄土沉积和其下的红土层，显示出温暖气候向寒冷干燥气候的变迁。当第四纪时，不仅我国的西部高山，而且中、东部的秦岭太白山、台湾玉山都分布有冰川。
　　大约1万年以前，气候转暖，冰川退缩，地球再次进入了温暖的间冰期。

　　人类历史时期的气候变迁
　　大冰期以后，地球大部分地区的气候在公元前5000~公元前3000年前最为温暖，被认为是冰期以后的气候最适期。当时的海平面比现在高2~3米，北冰洋的冰在夏季可能全部溶解；现在非洲的撒哈拉和中东的沙漠带，在当时气候要湿润得多。
　　在公元前900~公元前450年前，即所谓铁器时代的早期，欧洲的气候进入了冷湿时期，阿尔卑斯山的冰川显著扩张；从爱尔兰到德国的许多泥炭层刨面中显示出2500年前在这一广大地区分布着沼泽；北美洲落基山北纬50度以南所发现的现代冰川遗迹大多在这个时期形成。
　　此后，大致在公元1000~1200年，南、北半球的气候又处于适宜的温暖状态，也被称为“第二个气候最适期”。当时格陵兰岛南部的气温据推测比现在高4度左右。由于气候比较适宜，维金人在公元982年移民到格陵兰定居。
　　公元1430~1850年间，北半球的气候转冷，特别是在1650~1750年间，被称为“小冰期”。伴随着寒冷期气候而来的，是中纬度地带的湿润，雨量的增加，使这一时期里海的水平面较之以前和以后几个世纪高出了5米以上。
　　1850年以后，气候又出现增温的趋势。随着近、现代科学观测的日趋完善，气候变迁的研究有了可靠的数据基础，气候变迁的科学原理逐渐被揭示出来。