Paleoklimatalogie is die studie van die voortdurend wisselende klimatologiese toestande gedurende die lang geskiedenis van die aarde. Dit is 'n vakgebied wat aan die geologie en die klimatologie grens en wat veral van geologiese en paleontologiese, maar dikwels ook van suiwer teoretiese, gegewens gebruik maak. Daar is oortuigende bewyse dat alle gebiede op aarde vroeër totaal ander klimaatstoestande gehad het as wat tans die geval is. Daar kan aangeneem word dat die verspreiding van fauna en flora toe, net soos nou, deur onder meer klimatologiese faktore bepaal is en dat fossiele dus as aanduiding van die verskynsel kan dien. Die vergelyking van fossiele organismes met oorblywende lewende soorte word meestal slegs ten opsigte van die jongste geologiese verlede gedoen. Bowendien moet 'n mens dan nog steeds met omsigtigheid te werk gaan, want by uitsterwende groepe (soos byvoorbeeld olifante, familie Elephantidae) kon die laaste verteenwoordigers 'n beperkter gebied bewoon het as hulle voorgangers. In die laaste ystyd het olifante soos die mammoete (genus Mammonteus) byvoorbeeld nog in 'n koue klimaat gewoon. Vir ouer geologiese periodes moet 'n mens op ander gegewens staatmaak.