1．太阳辐射的变化。太阳辐射是气候形成的最主要因素。气候的变迁与到达地表的太阳辐射能的变化关系十分密切。引起太阳辐射能变化的因素是多方面的。例如，地球轨道偏心率的改变。地球绕太阳公转轨道是一个椭圆形，现在这个椭圆形的偏心率（e）约为0.016。研究表明，地球轨道偏心率是在0.00～0.06之间变动，其周期约为96 000年。以目前的情况看，地球在近日点时所获得的天文辐射量（不考虑其他条件的影响）较现在远日点的辐射量约大1／15。当偏心率e为极大值时，此差异就成为1／3。再如，地轴倾斜度的变化，也会改变不同纬度带接受到的太阳辐射能的多少。现在地轴倾斜度为23.44°，最大时可达24.24°，最小时为22.1°，变动周期约40 000年。这个变动使太阳直射纬度的范围，以及出现极昼极夜纬度的范围发生变化。此外，火山活动引起的大气透明度的变化，太阳活动的变化等，都会直接或间接地使太阳辐射发生变化。
2．下垫面地理条件的变化。在整个地质时期中，下垫面的地理条件发生了多次变化，对气候变化产生了深刻影响。其中以海陆分布和地形的变化对气候变化影响最大。在各个地质时期，地球上海陆分布的形势是有变化的。不同的海陆分布格局，决定了不同的洋流分布。寒暖性质不同的洋流，会对气候产生不同的影响。海陆的变迁对气候的影响也是显而易见的。例如，在地史上，现在的喜马拉雅山所在地是一片汪洋，直到距今约7 000万～4 000万年的新生代早第三纪，这里地壳才上升，变成一片温暖的浅海。由于这片海区的存在，有海洋湿润气流吹向今日我国西北地区，所以那时的新疆、内蒙古一带气候是湿润的。后来由于出现了喜马拉雅山等山脉，这些山脉成了阻止海洋季风进入亚洲中部的障碍，因此新疆和内蒙古的气候才变得干旱。
3．大气环流和大气化学组成成分的变化是导致气候变化和产生气候差异的重要因素。例如，20世纪50年代和60年代，北半球大气环流的主要变化是北冰洋极地高压的扩大和加强。北极变冷导致极地高压加强，气候带向南推进。从1961～1970年，这十年是经向环流发展最明显的时期，也是我国气温最低的十年。在转冷最剧烈的1963年，冰岛地区竟被高压所控制，原来的冰岛低压移到了大西洋中部，亚速尔高压也相应南移，这就使得北欧奇冷，撒哈拉沙漠向南扩展。CO2、CH4、N2O、O3等成分是大气中固有的，CFC11（氟里昂11）、CFC12（氟里昂12）是由近代人类活动引起的。这些成分在大气中的含量虽然很少，但是对地气系统的辐射能收支平衡却起着极其重要的作用。这些成分浓度的变化必然会对地球气候系统造成明显扰动，引起全球气候变化。