thumb|right|Szacunkowy pomiar temperatury, stężenie i ilość pyłu z ostatnich 420 tys. lat określona na podstawie rdzenia lodowego ze stacji antarktycznej Wostok na Antarktydzie. thumb|right|Szacowane stężenie dwutlenku węgla od okresu kambryjskiego do współczesności.
Paleoklimatologia – badanie klimatu Ziemi w okresie sprzed instrumentalnych pomiarów temperatury. Paleoklimatologia wykorzystuje dowody pośrednie (w tym badania rdzeni lodowych, słojów drzew i izotopów tlenu) do określania przeszłego klimatu naszej planety, w tym temperatury i wilgotności, a także składu atmosfery. Wiedza ta jest wykorzystywana nie tylko w geologii, ale też w paleobiologii i paleobotanice. Pozwala określić, w jakich warunkach żyły dawne organizmy oraz jakie warunki występowały podczas wielkich wymierań. W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat rozwinęły się techniki pozwalające symulować klimat Ziemi za pomocą symulacji komputerowych. Wiedza o historii klimatu Ziemi jest podstawą do przewidywania jego zmian, w tym przebiegu obecnego globalnego ocieplenia.