地球上各种自然现象都在不断变化之中，气候也不例外。据地质考古资料、历史文献记载和气候观测记录分析，地球上的气候一直不停地在发生周期性的变化。从时间尺度和研究方法来分析，地球气候变化可分为三个阶段：
地质时期气候变化：是指距今22亿年至1万年前的气候变化。这个时期气候变化的幅度很大，它不但形成了各种时间尺度的冰河期和间冰河期的相互交替，同时也相应地存在着生态系统、自然环境等的巨大变迁。按当前的科学概念，地质时期的气候变是化体现了大气、海洋、大陆、冰雪和生物圈等组成的气候系统的总体变化。
历史时期气候变化：是指1万年左右以来，特别是人类有文字记载以来的气候变化，是近代气候变化的背影。由于历史时期可供考证的文物古迹、文字记载和气象观测记录更加丰富，所以用历史记载所得出的资料是弥补现代仪器观测资料年代太短的手段。
近代气候变化：是指近200～300年以来的仪器观测时期。随着近代气象观测仪器的出现，可以普遍使用精确的气象观测记录来研究气候变化。
在大理（武木）亚冰期最近一次副冰期结束后约一万年左右的时期，称为冰后期，即第四纪全新世，这是人类历史发展的重要时期。进入人类历史以来，气候仍然有波动，气温的升降起伏相当频繁，只是变化的幅度较小而已。实质上，这是地质时期气候冷暖交替变化的继续。冰后期的一万年中，共出现过四次温暖时期和四次寒冷时期，气候变动总的趋势是：温暖时期一个比一个短，温暖程度一个比一个低；四个寒冷时期正好相反，寒冷时间一个比一个长，寒冷程度一个比一个强。
竺可桢教授根据考古资料和历史记载，研究了我国冰后期后半期近五千年的气候变迁。他认为，此期在我国也可以相对地分出四个温暖时期和四个寒冷时期，其特点与世界冰后期气候变动的总趋势相似。
第一个温暖时期（公元前3，000年到公元前1，000年左右，仰韶文化时代和河南安阳殷墟时代），我国黄河流域发现有象。第一个寒冷时期（公元前1，000年左右到公元前850年，周代初期），汉水两次结冰，之后紧接着大旱。
第二个温暖时期（公元前770年到公元初年秦汉时代），象群栖息北限移到淮河流域及其以南，在公元前659年到公元前627年，淮河流域有象栖息。第二个寒冷时期（公元初到公元600年，东汉、三国到六朝时代），有淮河封冻的记载（公元225年）。
第三个温暖时期（公元600年到1，000年，隋唐时代），只在长江以南如信安（浙江衢县）和广东、云南才有象。第三个寒冷时期（1000到1200年，南宋时代）出现了太湖封冻的情况（1111年）。1178年福州的荔枝曾全部冻死。
第四个温暖时期（1200到1300年，元朝初期），在第三个温暖时期，今河南省的博爱和陕西的西安、风翔都设有管理竹园的竹监司，到了南宋时因气候寒冷，竹子无法生长，竹监司被取消了（风翔除外），到了元朝初期（1268到1292年），竹监司又重新设立，说明气候又转暖。第四个寒冷时期（1400到1900年，明末至清朝时代）。十七世纪是我国最寒冷时期，特别是1650～1700年为最冷，在这五十年中，太湖、汉水和淮河结冰四次，洞庭湖结冰三次。江西建于唐朝的柑桔园在1654年和1676年的强烈寒冬中完全毁掉。在近500年的第四次寒冷期中，即欧洲所谓的“现代小冰期”，温度仍有明显起伏，其中有四次较冷期（即1470～1520年，1620～1720年，1840～1890年，1945起特别是1963年以后）和三次回暖期（1550～1600年，1720～1830年，1916～1945年）。
