Sembla que el terme fou proposat per Kerner-Marilaun (1930), bé que, conceptualment, les primeres deduccions remunten al segle XVII. Es val d’una sèrie d'indicadors paleoclimàtics, és a dir, d’uns fenòmens geològics que, parcialment, han depès del clima, la interpretació dels quals és feta per similitud amb els fenòmens actuals. També es val de mètodes físics, com és ara el de la determinació de les paleotemperatures basada en la relació dels isòtops de l’oxigen O1 8/O1 6. Les evidències paleoclimàtiques poden ésser biològiques, litològiques o morfològiques.
S'han establert diverses hipòtesis sobre les causes dels canvis climàtics. Les unes són astronòmiques i alhora extraterrestres, que es basen en les variacions de la radiació solar de llarga durada (Simpson, 1927; Bell, 1953), segons les quals un increment de la irradiació menaria a una època glacial. Les hipòtesis astronòmiques planetàries es basen en les variacions periòdiques orbitals de la Terra, d’equació coneguda. La més destacable és la de Milanković (1930), consistent en la variació de l’obliqüitat de l’eclíptica, l’excentricitat de l’òrbita terrestre i la precessió dels equinoccis. Suposant constant l’activitat solar, calculà unes corbes de la radiació rebuda per als darrers 600.000 anys, amb 9 mínims de radiació que es correspondrien amb les edats glacials següents: Günz I i II, Mindel I i II, Riss I i II i Würm I, II i III.
Hi ha encara diverses i variades hipòtesis basades en causes terrestres: l’efecte de relleu (Ramsay, 1910), amb un paral·lelisme entre les grans orogènesis i les glaciacions; l’aixecament de certs massissos muntanyosos (Grenlàndia, Escandinàvia, etc) hauria produït un refredament per autoinducció, el qual, un cop iniciat, generaria una edat glacial, amb un fort augment de l’albedo.
S'ha invocat també el vulcanisme com a agent inductor de les glaciacions per efecte de l’enterboliment atmosfèric, i les variacions del contingut de CO2 atmosfèric (Plass, 1956); o de la nebulositat (Miller, 1943). També s’ha pensat que la causa podria ésser atribuïda a variacions de la salinitat marina (Chamberlin, 1899; Clark, 1924) com a modificadors dels corrents oceànics i del balanç tèrmic. Hi ha també una hipòtesi basada en la dinàmica general de l’escorça terrestre: la migració dels pols magnètics (Schwinner, 1936; Gold, 1955), íntimament associada a la teoria de la deriva continental de Wegener (1912) i a la moderna tectònica de plaques.
Per acabar, cal recordar que hi ha esbossada una història paleoclimàtica. Es pot afirmar que les fases càlides han estat més comunes que les fredes. Hi ha fases glacials: al Precambrià, al Cambrià inferior, a l’Ordovicià superior, al Carbonífer superior i Permià inferior, i la més ben coneguda, al Plistocè, iniciada fa poc més d’un milió d’anys i finida no en fa gaire més de 15 mil.