Antarktika’da yer alan Vostok buzulunda 450.000 yıl önceden bugüne gözlemlenen CO2, sıcaklık ve toz miktarlarındaki değişikleri ortaya koyan grafik.Ayrıca bakınız: İklim değişikliği ve Küresel ısınma
İklim değişikliği, tüm dünyanın veya belli bir bölgenin ikliminin tarih boyunca değişikliğe uğraması demektir. Bir yerin birkaç yıl ilâ milyon yıl arasında belli sebeplerden dolayı atmosfer ile ilgili niceliklerinin değişmesi iklim değişikliği ile ilgilidir. Bu değişikliklerin nedeni, Dünya’nın kendisine ait olabileceği gibi, Güneş ışığı veya son zamanlarda insan gibi dış etkenlerden dolayı da olabilir.
Son yıllarda özellikle çevre politiklarındaki kullanıma göre, iklim değişikliği kavramı sadece çağdaş dönemdeki değişiklikleri konu almaktadır. Özellikle küresel ısınma ile iklim değişikliği kavramları birbiriyle ilintilidir. Bazı durumlara göre kavram, sadece beşeri etmenlerle için de kullanılabilmektedir. Bunun en önemli örneği Amerika Birleşik Devletleri’nde iklim üzerine bir kuruluş olan UNFCCC’dir. Bu kuruluş, insanlardan dolayı kaynaklanmayan iklim değişiklikleri için “iklim değişkenliği” terimini kullanmaktadır.
Dünya, geçmişte birçok iklimsel dalgalanmaya sahne olmuştur. Bu dalgalanmalar için en bilinen örnek buz devridir. Bu buzul dönemleri, buzularası dönemlerle birbirinden ayrılmış durumdadır. Kar ve buz yığınlarının artması, yansıtabilirlik değerini yükselttiğinden, Güneş ışınlarının bir kısmı buzullar tarafından geri yansıtılmaktaydı. Bu de atmosfer sıcaklığında yükselmeye neden olmaktaydı. Volkanik etkinlikler gibi doğal etmenler sonucunda sera gazlarındaki artış da küresel bir ısınmaya neden olduğu gibi, buzularası bir dönemi de beraberinde getirebilir. Buz devirlerinin yaşanmasındaki tahmin edilen nedenler arasında kıtaların o zamanki durumları, Dünya’nın yörüngesindeki farklılıklar, Güneş ışınlarının yayılımındaki değişiklikler ve volkanizma yer almaktadır.[39]