İqlimin dəyişmələrinin səbəbləri tam aydın deyildir. Ancaq aşağıdakı əsas xarici təsirlər məlumdur: Yer orbitinin dəyişməsi (Milankoviç sikli), günəş aktivliyi (o cümlədən günəş sabitinin dəyişməsi), vulkan püskürmələr və istixana effekti

Orbitin dəyişməsinin Yer iqliminə təsiri rəqsləri ilə oxşardır, ona görə ki, orbitdən kiçik meyletmələr Yer səthində günəş şüalarının yenidən paylanmasına gətirir. Orbitin vəziyyətinin belə dəyişmələri Milankoviç sikli adlanır. Bu meyletmələrin səbəbi Yer, onun peyki Ay və digər planetlərin fiziki qarşılıqlı təsiri olduğundan onları böyük dəqiqliklə proqnozlaşdırmaq mümkün olur. Orbitin dəyişməsi axırıncı buzlaşma dövrünün qlyasoloji və interqlyasoloji sikllərinin əsas səbəbidir. Saxara səhrasının sahəsinin artıb azalmasını da bu amillə izah edrlər.

Litosfer tavalarının hərəkətləri uzun zaman kəsiyində kontinentləri hərəkətə gətirir, okeanda su dövranlarını formalşdırır, dağ suayrıcılarını dağıdır və yenisini yaradır, yəni iqlimin mövcud oluğu səthi yaradır. Son zamanlar aparılmış tədqiqatlar tektonik hərəkətlərin axırıncı buzlaşma dövrünün şəraitinin dərinləşdiyini göstərdi: 3 milyon il əvvəl Şimali — və Cənubi amerika tavaları toqquşmuş, yaranmış və Atlantik və Sakit okeanlarının sularının birbaşa qarışması bağlanmışdır.

Vulkan püskürmələri iqlimə təsir edib onu bir neçə il soyutmağa qabildir. Məsələn, 1991-ci ildə Pinatubo vulkanının püskürməsi iqlimə əsaslı təsir göstərdi. Nəhəng maqma vadiləri yaradan qiqant püskürmələr yüz milyon ildə cəmi bir neçə dəfə baş verir, amma onlar iqlimə million illər təsir göstərir və bioloji növlərin məhv olmasına səbəb olur. Əvvəlcə alimlər elə fikirləşirdilər ki, vulkan püskürməsindən atmosferə atılan tozlar Günəş şüalarının yerə çatmasına mane olurlar və ona görə də soyuqlaşma yaradırlar. Ancaq, sonrakı ölçmələr bu tozun böyük hissəsinin altı ay ərzində Yer səthinə çökdüyünü göstərdi. Vulkanlar həm də karbon geokimyəvi sikllərinin bir hissəsidir. Bir çox geoloji dövrlər ərzində Yerin təkindən atmosferə karbon dioksidi atılmış və bununla da atmosferdən götürülən CO2 kompensasiya olunmuşdur.

Buzlaqlar iqlimin dəyişməsinin ən həssas göstəricilərindəndir. İqlim soyuyan zaman onların ölçüləri əsaslı şəkildə artır ("kiçik buzlaşma dövrü") və istiləşmə zamanı azalır. Buzlaqlar təbii dəyişmələr və xarici təsirlərdən asılı olaraq inkişaf edir və yaxud əriyir. Son bir neçə milyon ildə ən mühüm iqlim prosesləri Yerin orbitinin dəyişməsi ilə əlaqədar cari buzlaşma dövrünün qlyasaloji və interqlyasaloji siklləridir.

Dünya Okeanının dəyişkənliyi. On illik miqyasda iqlim dəyişmələrinin səbəbi okeanla atmosferin qarşılıqlı təsirindən ola bilər. İqlimin bir çox fluktuasiyaları (El-Nino, Şimali Atlantika və Arktika fluktuasiyaları da daxil omaqla) dünya okeanının istilik enerjisini özündə akkumlyasiya etmək və bu enerjini okeanın müxtəlif hissələrinə daşımaq qabiliyyətinə malik olduğundan yaranır. Daha uzun məkan miqyaslarında okeanda termoxalin dövranlar yaranır və onlar istiliyin paylanmasında əsas rol oynayırlar və bununla da xeyli dərəcədə iqlimə təsir göstərə bilirlər.

Günəş şüalanması iqlim sistemində istiliyin əsas mənbəidir. Yer səthində istiliyə çevrilən günəş enerjisi yer iqliminin formalaşmasının ayrılmaz hissəsidir. Günəş aktivliyinin ən çox tədqiq olunan xassəsi günəş ləkələrinin cəmidir. İqlim, hava və günəş aktivliyi arasındakı əlaqələrin statistik tədqiqatı 1801-ci ildən başlayır. Nisbətən kiçik zaman kəsiklərində də günəş aktivliyinin dəyişkənliyi müşahidə olunur, məsələn 11 illik sikllər. Ancaq, bu sikllər iqlim məlumatlarında özünü aydın göstərmir. Günəş aktivliyinin dəyişməsi kiçik buzlaşma dövrü başlayanda və bəzi istiləşmələrdə vacib amilə çevrilir.

İstixana qazlarının axırıncı qlobal istiləşmənin əsas səbəbi olduğu qəbul edilir. Ancaq başqa fikirlər də var, biz bunları aşağıda araşdıracağıq. Hələlik qeyd edək ki, istixana qazları həm də Yerin iqlim tarixini dərk etmək üçün əhəmiyyətlidir. Tədqiqatların nəticəsinə görə atmosfer istilik enerjisi ilə qızdıqda yaranan və istixana qazları ilə saxlanan istixana effekti Yer kürəsi temperaturunu nizamlayan əsas prosesdir. Son 600 milyon ildə karbon dioksidinin miqdarı atmosferdə təbii geoloji və bioloji proseslərin təsirindən milyonun 200-dən 5000-ə qədər dəyişmişdir.