Et sentralt forskningstema for Michael Mann har vært paleoklimatologiske studier, det vil si undersøkelser av klimaet på kloden i tida før en fikk instrumentelle målinger. Ved slike studier benyttes et stort spekter av indikatorer, blant annet undersøkelser av treringer, iskjerneboringer og sedimenter. Manns arbeider sentrerer seg både om metodikken ved slike undersøkelser og om konkrete beregninger.