Paleoklimatologi er studiet av klimaet i tidligere tider. Siden direkte observasjoner av klimaet ikke er tilgjengelige fra før målingene begynte på 1800-tallet, blir paleoklima avledet fra ikke-biotiske (som ikke inneholder biologisk materiale) proxyverdier, for eksempel sedimenter i bunnen av innsjøer og iskjerner fra isbreer eller polområdene, og biotiske faktorer, for eksempel treringer og koraller. Klimamodeller er matematiske modeller av tidligere, nåværende og fremtidig klima. Klimaendringer kan oppstå over lange og korte tidsperioder bestemt ut fra en rekke faktorer; den nåværende omtales som global oppvarming.