Wijzigingen op lange termijn van het klimaat worden bepaald door een ingewikkeld samenspel van factoren. Schommelingen in de circulatiepatronen van de atmosfeer, zoals blokkering kunnen weertypen opleveren die tientallen jaren aanhouden. Circulatiepatronen in de oceaan, zoals de 'grote transportband', kunnen klimaatveranderingen veroorzaken die jaren- tot millennia lang kunnen duren.

Ook het veel langzamere proces van de continentverschuiving heeft het klimaat veranderd. Toen de landmassa's ofwel dichter naar de evenaar ofwel dichter bij de polen kwamen, ontstonden er totaal verschillende klimaatsomstandigheden. Als grote landmassa's zich op hogere breedten bevinden, kunnen daar gemakkelijk ijskappen ontstaan. Door de beweging van land naar de polen ontstaan weer enorme oceanen die warmte absorberen, wat tot wereldwijde afkoeling leidt.

De verplaatsing van de continenten heeft ook belangrijke landschappen doen ontstaan, zoals de Himalaya en de hoogvlakte van Tibet, de Andes en de Rocky Mountains. Deze hebben op hun beurt ingrijpende gevolgen gehad voor ons huidige klimaat en sterk aan de wisselvalligheid ervan bijgedragen.

Onze Plaats in de Ruimte.

Tot de buitenaardse invloeden op ons klimaat behoren zowel lange- als kortetermijnvariaties in de hoeveelheid straling van de zon en kortetermijnvariaties in verband met zonnevlekkenactiviteit.

De belangrijkste theorie over klimaatsverandering op lange termijn heeft echter te maken met variaties in de baan van de aarde. Dit is de theorie uit de jaren 1930 van de Joegoslavische geofysicus Milankovic. Hierin worden de ijstijden in verband gebracht met 3 periodieke wijzigingen in de jaarlijkse baan van de aarde om de zon. Door deze veranderingen in de aardbaan verandert de hoeveelheid zonlicht op verschillende breedten: ten eerste schommelt de aardas als een gyroscoop en beschrijft elke 19.000 tot 25.000 jaar een complete cirkel; ten tweede schommelt de helling ervan elke 41.000 jaar tussen 22 en 24,5 graden; en tenslotte wordt de aardbaan elke 100.000 en 433.000 jaar meer en minder elliptisch.

Deze theorie wordt ondersteund door de onderzoeken naar de hoeveelheid zonlicht dat op hoge breedten op het noordelijk halfrond valt. Deze varieert elke periode van 100.000 jaar met maximaal 9%. Een ander bewijs is dat de variaties in de aardbaan sterk overeenkomen met het ontstaan en aflopen van de ijstijden. In de antarctische ijskappen zijn de 3 kortere perioden in de laatste 250.000 jaar duidelijk zichtbaar. Dezelfde cycli, ook die van 433.000 jaar, komen in heel wat geologisch materiaal aan het licht.

Galactische Theorieën.

De laatste 1.000 miljoen jaar, behalve aan het einde van de Jura, zijn er ruwweg elke 150 miljoen jaar ijstijden opgetreden. Eén mogelijke verklaring is dat ons zonnestelsel elke 150 miljoen jaar op zijn baan door het melkwegstelsel stofbanen passeert aan de randen van de spiraalvormige armen van het melkwegstelsel. Daardoor valt er minder zon op de aarde en dit leidt tot lagere temperaturen en ijskappen op hogere breedten.

De Grote Transportband van de Oceaan.

De grote transportband van de oceaan is misschien de sleutel voor veranderingen in de temperatuur van de oceaanspiegel op lange termijn die een belangrijke rol spelen in het klimaat op aarde. Koud, zout water, dat in het noorden van de Atlantische Oceaan naar beneden zinkt,stroomt naar het zuiden en vervolgens oostwaarts langs Zuid-Afrika om in de Indische en Grote Oceaan weer naar boven te komen. Aan de oppervlakte stroomt warm water terug door de Grote Oceaan en het zuiden van de Atlantische Oceaan. De reis duurt tussen 500 en 2.000 jaar. De meest recente onderzoeken suggereren dat de beweging gemakkelijk van snelheid of richting kan veranderen. Dat zou plotselinge klimaatsveranderingen kunnen verklaren, zoals de Kleine IJstijd in Europa in de zeventiende eeuw, en eventuele veranderingen in de toekomst kunnen helpen voorspellen.

De waarnemingen van de 'transportband' zijn nog jong, maar metingen van 1980 duiden erop dat het ontstaan van koud, diep oceaanwater in de Groenlandzee sinds de jaren 1970 met 80% is gedaald. Andere veranderingen in de temperatuur van de oceaan kunnen bijgedragen hebben aan de droogte in de Sahel eind 1960, het kleiner aantal orkanen in de Atlantische Oceaan en een grotere activiteit van El Niño in het tropische deel van de Grote Oceaan.