thumb|369x369px|right|Prošli i budući Milankovićevi ciklusi, koji sa velikom tačnošću predviđaju prošlost i budućnost orbitnih parametara: — ε = ukošenost (nagnutost) ekliptike. — e = ekscentričnost Orbite. — ϖ = Longituda perihela. —sin(ϖ) = precisijski indeks, koji skupa sa zakrivljenošću kontrolira sezonske cikluse insolacije. — = izračunata prosječna dnevna insolacija na vrhu atmosfere, na dan ljetnog solsticija na 650 sjeverne geografske širine. — Bentični otvori i —Vostok iledeni blok su dva distinktna pokazatelja za prošli globalni nivo mora i temperature, iz sedimenta, odnosno antarktičkog ledenog pokrova. Vertikalna siva linija pokazuje današnje uvjete, 28.000 godina prije današnjice.
Milankovićeva teorija opisuje efekte ukupnih promjena u zemaljskim kretanjima klime, nazvana je po srbijanskom geofizičaru i astronomu Milutinu Milankoviću, koji je na njoj radio (kao ratni zarobljenik) u Prvom svjetskom ratu.
Milanković je matematički razvio teoriju da varijacije u ekscentričnosti orbite, nagnutost ekliptike i dužine perihela određuju klimatske modele na Zemlji putem orbitalne konstelacije pomenutih faktora.Campbell B. G. (2009): Human evolution: An introduction to mans adaptations. British Museum of Natural History, London, ; .
Zemljina osa kompletira jedan puni ciklus precesije otprilike svakih 26.000 godina. U isto vrijeme, eliptična orbita rotira sporije. Kombinirani efekat dvije precesije dovodi do perioda od 21.000 godina između astronomskih doba i orbite. Pored toga, ugao između Zemljine rotacijske osi i normalno ravane orbite oscilira između 22,1 i 24,5 stupnjeva u ciklusima os 41.000 godina. To je trenutno 23,44 stepeni i opada. Glavna komponenta ove varijacije javlja se ciklus ekscentričnosti orbite od 413.000 ± 0.012 godina. Niz drugih termina variraju između komponenti 95.000 i 125.000 godina (s ritmom perioda od 400.000 godina) a neprecizno se kombinuju u 100.000-godišnjem ciklusu (varijacije -0.03 do +0.02). Ova ekscentričnost je 0.017 i opada.
U 19. stoljeću su uznapredovale i druge slične astronomske teorije. Joseph Adhemar, James Croll i drugi su razradili svoje modele, ali verifikacija je teška zbog nepostojanja pouzdano datiranih dokaza i sumnje u tačnost važnih razdoblja. Ne sve do bušenja dubokih okeanskih jezgri i izvornih radova Jamesa Haysa, John Imbrieja i Nicholasa Shackletona, uključujući i sadašnje stanje.https://etd.ohiolink.edu/ap/10?6433295551748::NO:10:P10_ETD_SUBID:56397 , PDF Girkin A. N. (2005): Miami University Ciklusi u kretanju Zemlje Rotacija Zemlje oko vlastite osi i njena revolucija oko Sunca uzrokuje nekoliko kvaziperiodičnih varijacija. Iako krivulje koje opisuju ta gibanja i promjene koje se s njima dovode u vezup sadrže nekoliko sinusoidnih komponenti, suštinski dominira samo nekoliko komponentiEtd.ohiolink.edu - Abstract - Amy Negich Girkin . Milanković je proučavao promjene u precesiji, ekscentričnosti Orbite i nagnutosti Zemljine ekliptike. Te promjene u kretanju i orijentaciji dovode do promjena u insolaciji (osunčenju) Zemljine kore. Poseban značaj poznavanja tih promjena u sjevernoj polarnoj oblasti naglašava pojava da kopno na njih reagira brže od okeana.
Oblik Orbite i njena ekscentričnost thumb|left|Kružna orbita, uz ekscentričnost 0.|219x219piksel thumb|right|Izdužena elipsoidna orbita, uz ekscentričnost 0,5.|187x187piksel Zemljina orbita nije savršeni krug, nego je u obliku elipsaelipse, a ekscentričnost je njeno odstupanja od kružne putanja i ima svoje mjere. Oblik ove orbite se mijenja se od blisko kružnog (uz malu ekscentričnost do oko 0,005) do blago eliptične (ekscentričnost oko 0,058), tako da je prosjek ekscentričnosti 0,028. Glavna komponenta tih promjena dešava se u periodu od 413.000 godina (varijacija ekscentričnosti ±0,012), tj. toliko je dug ciklus njenih promjena do povratka u određeni početni položaj. Periodi varijacija brojnih drugih determinanti kreću se između 95.000 i 125.000 godina, pri čemu je ciklus maksimalnog učinka konstelecije tih komponenti oko 400.000 godina. Trenutna ekscentričnost iznosi 0,017 i opada.
Ako bi Zemlja bila jedina planeta u Sunčevom sistemu, ekscentričnost orbite se ne bi mijenjala u protoku vremena. Do varijacija ekscentričnosti zemljine orbite dolazi uglavnom zbog gravitacijskog djelovanja velikih planeta, Jupitera i Saturna. Saglasno evoluciji ekscentričnosti, polu-glavna os orbitne elipse se ne mijenja. Prema perturbacijske teorije, koja se u nebeskoj mehanici upotrebljava za pračun orbitne evolucije, glavna poluos je adijabatski nepromijenjiva. Prema Trećem Keplerovom zakonu, cikličnost orbite određuje glavna poluos, iz čega slijedi da period revolucije, tj. dužina siderične godine, ostaje također nepromijenjen tokom evolucije orbite. Međutim, povećanje ekscentričnosti skraćuje malu poluos, što direktno pojačava sezonske varijacije.Clim-past-discuss.net - Equatorial Insolation . Ipak, pritom se prosječna insolaciija mijenja tek blago, u skladu s Drugim Keplerovim zakonom.
Nelinearnosti Stefan-Boltzmannovog zakona, uvjetuje da jednaka srednja insolacija ne odgovara prosjeku odgovarajućih temperatura. Tako se, za iradijaciju kojoj odgovara temperatura sezonskih promjena od 20 °C (i asimetrična varijacija ±50°)Fys.uio.no - The Solar Resource, dobija asimetrična varijacija odgovarajućih temperatura s prosjekom 16 °C (dakle, odstupanje je -4 °C), a za dnevnu varijaciju iste iradijacije, pod pretpostavkom da je toplinski kapacitet 0 J kg−1 K−1, dobije prosječna temperatura od -113 °C.
Današnja razlika između udaljenosti Zemlje od Sunca u afelu i perihelu je 5,1 milijuna km (3,4%), što odgovara varijaciji insolacije u iznosu od 6,8%. Trenutno se Zemlja nalazi u perihelu 3. januara, dok se u afelu nalazi na poziciji 4. jula pa je ekscentričnost orbite u fazi opadanja. Pri najvećoj eliptičnosti orbite, insolacija u perihelu je oko 23% veća nego u afelu.
Orbitna mehanika podrazumijeva da je trajanje sezona proporcionalno površinama sezonskih kvadranata. Prema tome, pri ekstremnoj ekscentričnosti, sezone na daljoj strani orbite su znatno duže. U godinama kada jesen i zima nastupaju u doba kad je Zemlja na bližem dijelu orbite (što je aktuelno slučaj na Sjevernoj hemisferi), Zemlja se tada kreće najvećom brzinom, tako da su jesen i zima u zbiru nešto kraće od proljetno-ljetnog razdoblja. Tako je ljeto na Sjevernoj hemisferi duže za 4,66 dana od zime, a proljeće je 2,9 dana duže od jeseni.
Smjena godišnjih doba Primjer kolebanja termina godišnjih sezona + Trajanje sezoneData from United States Naval Observatory GodinaSjeverna hemisferaJužna hemisferaDatum: GMTTrajanje sezone2005.Zimski solsticijLjetni solsticij 21. Decembar 18:35 88.99 dana2006.Proljetni ekvinocijAutumn equinox 20. Mart 18:26 92.75 dana2006.Ljetni solsticijZimski solsticij 21, Juni 12:26 93.65 dana2006.Jesenji ekvinocijProljetni ekvinocij 23. Septembar 4:03 89.85 dana2006.Zimski solsticijLjetni solsticij 22. Decembar 0:22 88.99 dana2007.Proljetni ekvinocijJesenji ekvinocy 21. Mart 0:07 92.75 dana2007.Ljetni solsticijZimski solsticij 21. Juni 18:06 93.66 dana2007.Jesenji ekvinocijProkjetni ekvinocij 23. Septembar 9:51 89.85 dana2007.Zimski solsticijLjetni solsticij 22. Decembar 06:08
Nagib Zemljine ose thumb|left|Kretanje nagiba Zemljine osi između 22.1° i 24.5°.|200x200piksel Ugao nagiba Zemljine osi u odnosu na orbitnu ravninu oscilira od 22,1° do 24,5° (tj. amplituda je 2,4°) približno periodično varira, u ciklusima od oko 41.000 godina. S povećanjem nagiba rastu i amplitude sezonskih ciklusa insolacije. Drugim riječima, u doba velikih nagiba Zemljine osi, na obje hemisfere, ljeti primamo veći iznoss insolacija , a zimi je tok zračenja manji. Ipak, iznosi tih promjena u insolaciji nije jednak za ljeto i za zimu. Godišnja prosječna insolacija se povećava na većim geografskim širinama, dok na manjim širinama dolazi do smanjenja insolacije. Pretpostavlja se da hladnija ljeta pospješuju dolazak ledenog doba zbog smanjenja taljenja snijega i leda. Zato se može reći da je za ledeno doba povoljniji manji nagib osi, i to iz dva razloga: smanjenja srednje insolacije na većim geografskim širinama i dodatnog smanjenja insolacije tokom ljeta. Ipak se pokazalo da značajne klimatske promjene nisu korelirane s ekstremima nagibima osi. Današnji nagib Zemljine osi iznosi 23,44°, pa smo otprilike u sredini ciklusa, i to u opadajućoj fazi. Minimalni nagib Zemlja će dostići za oko 8.000 godina.
Precesija Zemljine osi thumb|left |Precesijsko kretanje.|207x207piksel Precesija je promjena smjera Zemljine osi u odnosu na zvijezde stajačice. Periodičnost tog kretanja je u ciklusima koji traju oko 26.000 godina. Takva žiroskopska kretanje izazivaju plimne sile Sunca i Mjeseca, otprilike pod jednakih uticaja. Pri orijentaciji osi tako da je u perihelu usmjerena prema Suncu, na jednoj hemisferi su sezonske razlike izraženije, dok će na drugoj hemisferi godišnja doba biti blaža. Zbog toga će hemisfera u perihelu, na ljetnoj poziciji, primati više sunčevog zračenja. Na istoj hemisferi će, za vrijeme prolaska kroz afel, biti zima pa su zato na toj hemisferi i zime hladnije. Suprotna će hemisfera će tada imati relativno hladnija ljeta i toplije zime. Kada je nagib Zemljine osi takav da kroz afel i perihel prolaz oko ekvinocija, sezonski kontrasti će biti približno jednaki za obje hemisfere. Danas kroz perihel naša planeta na Južnoj hemisferi prolazi tokom ljeta (3. januara), a kroz afel , Sjeverna hemisfera prolazi za vrijeme ljeta (4. jula). Zato su godišnja doba na južnoj hemisferi nešto ekstremnija nego na sjevernoj, naravno pod pretpostavkom da su sve ostale determinantne jednake.
Apsidna precesija mini|desno|300px|Oko Sunca, planete se kreće po eliptičnim orbitama, koje tokom vremena rotiraju (apsidna precesija). Ekscentričnost elipse je na slici prenaglašena zbog vizualizacije. Većina planetarnih orbita u Sunčevom sistemu imaju manju ekscentričnost. Elipsa Orbite rotira u prostoru, u odnosu na zvijezde stajačice, što se označava kao apsidna precesija. To kretanje je uglavnom posljeica uticaja velikih planeta, Jupitera i Saturna. Zbog ovog kretanja, period precesije ekvinocija, u odnosu na perihel, je skraćen s 25.771,5 na ~21.636 godina.
Inklinacija Orbite thumb|300px|Inklinacija orbite (zeleno) i ostali orbitni elementi thumb|left|320x320px|Panete u orbiti oko Sunca slijede eliptične (ovalne) orbite koje, tokom vremena, postepeno rotiraju (apsidna precesija). Vizuelizacija ilustrira ekscentričnost tih elipsa. Većina orbita u Sunčevom sistemu imaju mnogo manje ekscentričnosti, što ih čini gotovo kružnim. right|thumb|422x422px|Efekti precesije na seasone godišnjih doba (termini Sjeverne hemisfere)
Inklinacija Zemljine orbite također oscilira u odnosu na moment ugla Sunčevog sistema , u ciklusima otprilike 70.000 godina, što nazivamo planetarnom precesijom ili precesijom ekliptike. Iako ga Milanković nije proučavao, kasnije se pokazalo da je to kretanje, dobro korelirano s pojavljivanjemi sukcesijom ledenih doba , čija je periodičnost slična ciklusima oscilacija ekscentričnosti orbite. Objašnjenje ovog fnomena se traži u činjenici da se disk međuplanetarne prašine nalazi u nepromjenjivoj ravni, koja otprilike odgovara ravnini orbite Jupitera. Kroz tu ravninu Zemlja prolazi između 9. Januar i 9. jula, kad je vidljivo i povećanu učestalost radarskih meteora i s time povezanih astronomskih pojava.Muller R. A. , MacDonald G. J. (1997): Glacial cycles and astronomical forcing. Science, 277 (7): 215–218. Istraživanje hronologije Antarktičkog leda, određivanjem omjera kisika i dušika u zarobljenim mjehurićima zraka, daje direktan uvid u lokalnu insolaciju. Ostvareni rezultati pokazuju da je klimatski odgovor određen insolacijom sjeverne hemisfere, što je pretpostavljeno na temelju teorije Milankovićevih ciklusa. Ta podrška Milankovićevoj teoriji, relativno novom metodom ipak nije konzistentna s "inklinacijskom teorijom" ciklusa od oko 100.000 godina.
Milankovićevi ciklusi i glacijacije