На протяжении геологической истории Земли (4,65 млрд. лет) вместе с земной природой менялись состав атмосферы, ее масса и климат. За этот период времени многократно изменялись очертания материков, конфигурация и высота горных систем, площадь суши и океана, происходили изменения светимости Солнца, колебания эксцентриситета земной орбиты и наклона оси вращения Земли к плоскости эклиптики, а также замедление скорости вращения Земли. Следовательно, происходили изменения теплооборота, влагооборота и атмосферной циркуляции.
Временные масштабы возможных причин климатических изменений необычайно широки. Так, изменение светимости Солнца за пределами 1 % солнечной постоянной может происходить за 109 лет. Вариации орбитальных параметров, прецессии равноденствия и изменения наклона оси вращения Земли к плоскости орбиты составляют соответственно 92, 21 и 40 тыс. лет. Временные масштабы движений земной коры равны 105-109 лет. Образование стратосферного аэрозоля вследствие вулканических извержений может приводить к климатическим изменениям в самых широких пределах - от 10 до 108 лет. С другой стороны, внутренняя изменчивость климатической системы определяется различными механизмами прямых и обратных связей между составляющими системы: атмосферой, океаном, криосферой, поверхностью суши и биосферой, которые могут действовать во временных масштабах от 10 до 102 лет. Таким образом, изменения климата могли происходить в любых геологических эпохах.
