受太阳辐射的变化、下垫面条件的改变、大气环流的变化等自然原因的影响，地球气候是在不断变化的。前面所讲的气候类型，可以看作是地球气候变化长河中的一个发展阶段。二十多亿年以来的地球气候，冷暖干湿相互交替，变化的周期长短不一。
地质时期（从距今22亿年—1万年），曾反复出现过3次大冰期气候，气温呈下降趋势；大冰期之间为间冰期，气温呈上升趋势。
历史时期（一般指1万年左右），气候仍然是波动的，有时为温暖时期，有时为寒冷时期。例如，根据对历史文献记载和考古发掘等有关资料的分析，我国历史时期的气候变化，大约可以分为4个温暖时期和4个寒冷时期（表2.5）。 19世纪末以来，大量的气温观测资料证明，世界气温出现明显的波动上升现象。