Nøyaktige instrumenter og prosedyrer for måling av temperatur fantes ikke før i andre halvdel av 1800-tallet. For å kunne fastslå tidligere tiders temperaturer, noe som er nødvendig for å vurdere spørsmål om klimaendringer i langt perspektiv, må en derfor benytte såkalte proxy-metoder, det vil si å avlede temperaturen av andre forhold. Dette er blant annet geologiske data (f.eks. marine organismer og havbunnssedimenter), landdata (f.eks. sedimenter fra innsjøer, morener, kalkutfellinger i grotter), glasiologiske data (iskjerner og isbreer), biologiske data (f.eks. pollen, planterester, insekter, treringer) og historiske data (nedtegnelser i kirkebøker, gårdsdagbøker, brev osv.). Framstilling av slike historiske klimadata og vurdering av dem er et eget forskningsfelt, paleoklimatologi. Resultatene har varierende nøyaktighet, og metodikkene – som til tider har vært svært omdiskutert – er under stadig utvikling.