大约6500万年前，地球的两极并未被冰覆盖，自那时起，地球经历了冰河时期的形成（即冰期）和消融（即间冰期）。在过去的200万年中，据信地球至少经历了10次冰河时期的交替，伴随着气候的冷暖变化。塞尔维亚数学家米路丁·米兰柯维奇在20世纪30年代提出了一个解释冰期形成的理论，认为这些时期的产生与地球运动的周期性变化有关，这些变化调节了不同纬度的日照量，进而影响了冰盖的形成。
这些变化包括：地球轨道每10万年会从稍微的椭圆形变为接近圆形；地球自转轴的摆动，大约每23000年完成一个周期；地球的倾角，大约每41000年会从21.8°变化到24.4°。这些因素共同作用，被认为是地球最近的气候变迁模式——10万年的冰期后跟随一万年的间冰期——的一个合理的解释。根据这一理论，我们现在所处的间冰期可能即将结束，下一个冰期可能在1000年内到来。
许多气候变化发生在比10万年更短的时间范围内。例如，欧洲曾经历过一段温暖而稳定的气候，当时殖民者能够在格陵兰岛南岸定居，英格兰甚至种植了葡萄。然而，大约800年前，欧洲气候变得多风暴，海洋冰层向赤道方向扩展，冬暖夏凉，洪涝和干旱频繁发生。小冰期（约1450年至1850年）期间，漫长的严冬和短暂的潮湿夏日破坏了格陵兰岛的葡萄园和北欧海盗的殖民地。特别是1816年，被称为“无夏之年”：欧洲七八月份出现了毁灭性的霜冻，导致了饥荒。
19世纪末，地球平均气温连续数年上升，但在20世纪40年代又出现了普遍的降温趋势。20世纪70年代，气温再次上升，特别是在1979年至1999年间，这8年成为本世纪最热的时期。在这个时期，关于这种明显升温趋势的解释有很多，包括“全球变暖”、“温室效应的急剧变化”以及“臭氧层变薄”等说法。尽管科学界对原因仍有争议，但大多数人认为地球目前正处于一个相对温暖的阶段。
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