1、天文方面的原因主要有以下幾個：
（1）太陽輻射強度的變化：太陽輻射可能在10～109年范圍內變化。可見光輻射變化范圍一般在0.05％～1.0％，最大不超過2.5％。太陽輻射的變化主要表現在紫外線到X射線以及無線電波輻射部分，當太陽活動激烈時，這部分輻射發生強烈擾動。如果太陽輻射變化1％，氣溫將變化0.65～2.00℃。
（2）太陽活動的準周期變化：研究表明，太陽活動的準周期變化與氣候振動有密切關系。如太陽黑子的活動，其規律為11年、22年和88～90年。但目前人們想根據太陽變化規律來探索氣候變化的原因，尚未取得令人滿意的結果。
（3）地球軌道要素的變化：地球軌道要素（地球公轉軌道橢圓偏心率、自轉軸對黃道面的傾斜度、歲差）的變化使不同緯度在不同季節接受的太陽輻射發生變化，通常用以解釋第四紀冰期與間冰期的交替。
2、地文學方面的原因：地質時期中，下墊面的變化對氣候變化產生瞭深刻的影響。其中以地極移動（緯度變化）、大陸漂移、造山運動和火山活動影響最大。
據地質學傢考察結果發現，在整個地質時期中，氣候史上最大的冰川活動時期都發生在地質史上最重要的造山運動之後。如第四紀大冰期發生在從第三紀開始的新阿爾卑斯造山運動之後，石炭—二疊紀大冰期發生在晚古生代的海西造山運動之後。
大氣環流的變化也會影響氣候變化。如北冰洋極地高壓的擴大和加強，勢必導致偏北風加強。
3、人類活動對氣候的影響：近百年來世界氣候變化的主要影響因子，按其重要程度排序為：二氧化碳濃度變化、城市化、海溫變化、森林破壞、氣溶膠、荒漠化、太陽活動、O3、火山爆發及人為加熱。由此可見，大氣中二氧化碳的含量的變化以被當作近代氣候變化的首要原因。
