地球气候处于不断的变化之中。气候变化的时间尺度从月、季、年际、年代际，一直到数以万年计的冰期和间冰期。影响气候变化的因子分外部因子和内部因子，外部因子主要包括太阳活动的变化、地球轨道的改变、日地关系的变化、地球表面火山爆发等自然因子和温室气体排放、森林砍伐、土地利用变化等造成大气组成变化的人类活动，内部因子包括海洋温度、大气环流、冰雪覆盖、土壤湿度、生态系统的变化等等。

气候一直呈波浪式发展，冷暖干湿交替。气候变化可以是周期性的，也可以是非周期性的。根据不同的时间尺度，地球气候史通常分为地质时期气候、历史时期气候和近代气候三个阶段。地质时期的气候距今有1万～22亿年，以冰期间冰期交替出现为特点，时间尺度在10万年以上，温度振幅为10～15℃。历史时期气候一般又分为五大冰期。

1.地质时期的气候变化：地质时期的气候变化指距今1万~22亿年的气候变化，其气候变化幅度很大，它不但形成了各种时间尺度的冰河期和间冰期的相互交替，同时也相应地存在着生态系统、自然环境等的巨大变迁。地质时期的气候体现了大气、海洋、大陆、冰雪和生物圈等组成的气候系统的总体变化。

气候变化与气候极值（1）震旦纪大冰期气候——距今6亿年前。科学家在亚、欧、非、北美和澳大利亚的大部分地区中都发现了冰碛层。这是震旦纪大冰期气候的证据。

（2）寒武纪—石炭纪大间冰期——距今3亿～6亿年，包括寒武、奥陶、志留纪、泥盆纪和石炭纪，当时气候总体上趋于温暖、湿润，森林生长繁茂。

（3）石炭—二叠纪大冰期——距今2亿～3亿年，始于石炭纪末期，止于二叠纪中期，主要影响在南半球。

（4）三叠纪—第三纪大间冰期——距今200万~2亿年，包括三叠、侏罗、白垩，都是温暖气候。三叠纪时气候炎热而干燥，到侏罗纪时转为湿热，成为继石炭之后又一个成煤期。白垩纪时转为干燥，到新生代的早第三纪世界气候更普遍变暖。晚第三纪东亚大陆东部气候趋于湿润。

（5）第四纪大冰期——距今200万开始至现在。影响范围十分广泛的世界规模的大冰期。在第四纪时受冰期进退直接影响的地区形成亚冰期（平均气温比现在低8～12℃）和亚间冰期（气候比现在偏暖，低纬地区比现在高5.5℃）。中国也发生过多次亚冰期和亚间冰期气候的交替演变。

2.历史时期的气候变化：自第四纪更新世晚期，约距今1万年左右时期开始，全球进入冰后期，并有两次大的波动。一是公元前5000年到公元前1500年的最适气候期，当时气温比现在高3～4℃；一次是15世纪以来的寒冷气候，其中1550～1850年为冰后期以来的寒冷期。为小冰河期，气温比现在低1～2℃。

3.近代气候变化：近百年来由于有大量的气温观测记录，区域和全球的气温序列不必再用代用资料。尽管观测资料和处理方法不同，所得结论也不尽相同，但总的趋势是从19世纪末到20世纪40年代，世界气温出现明显的波动上升现象，40年代达到顶点。此后世界气候有变冷现象。进入60年代以后，高纬度地区气候变冷趋势更加显著；进入70年代以后，世界气候又趋暖；到1980年以后，世界气温增暖形势更为突出。