在其约45亿年的历史中，地球经历了变暖和降温的时期。然而，目前全球气温的急剧上升远远超出了地球的循环规范，人类引起的全球气候变化的证据令人信服。古气候条件的古气候学通过比较近期的情况，为人类引起的全球气候变化提供了充分的证据。
仅在过去的65万年里，冰川就经历了七次进退循环。11000多年前，最近的冰期突然结束，标志着我们现代气候时代的开始，即全新世地质时代。大多数历史性气候变化都与地球轨道的微小变化有关，这些变化改变了地球接收到的太阳辐射量。
古气候学是研究整个地球地质过去的气候条件及其因果关系的学科。古气候学家运用各种科学方法来推断地球气候和大气系统的过去状况。
从厚厚的山脉冰川和极地冰原上采集的冰芯样本可以揭示全球气候变化的信息。冰堆积的季节性停顿会导致冰芯中出现可观测的冰层。这些层可以用来建立年表，最底层是最古老的。然后，研究人员可以分析冰层的性质以及冰层内部的物质（如气泡、氧和氢同位素的比例），以重建地球的古代气候。欧洲南极冰芯取样项目分析了南极冰芯中的火山灰，提供了全新世火山历史的详细记录。这一记录揭示了全新世期间的96次喷发，其中33次喷发发生在过去2000年。
科学家还可以通过研究年轮来研究过去的气候，这一领域被称为树状气候学。从本质上讲，树木年轮在有利的条件下更宽，在恶劣的环境下更窄。树木年轮可以通过将年轮从一个样本匹配到另一个样本（甚至是考古挖掘的样本）来精确地确定年代。虽然树木气候学有局限性，树轮是有用的气候代理，可以用来创建高分辨率的气候记录特定的地理位置。”
