La investigación de los cambios climáticos en términos de tiempo geológico es el campo de estudio de la paleoclimatología, que requiere las herramientas y métodos de la investigación geológica.

Muchos planetas están envueltos por una capa gaseosa llamada atmósfera. La atmósfera terrestre rodea a la Tierra y recibe el nombre de aire. Está compuesta principalmente de dos gases, nitrógeno (casi el 78 %) y oxígeno (casi el 21%), además de agua, partículas de polvo y sal, dióxido de carbono y otros gases, perfectamente mezclados unos con otros. La capa inferior y más fina de la atmósfera es la troposfera y en ella ocurren la mayor parte de los fenómenos meteorológicos porque acumula el 80% de los gases atmosféricos y vapor de agua.

La capa de ozono de la atmósfera protege y permite la vida en el planeta al filtrar y absorber las peligrosas radiaciones ultravioletas del Sol.

La atmósfera terrestre tiene varias funciones básicas: protege al planeta de los rayos solares que son dañinos; permite la vida terrestre al ofrecer oxígeno para el reino animal y dióxido de carbono para el vegetal; proporciona agua potable, y ajusta la presión vital sobre nuestro organismo. Desde el punto de vista del clima tiene una función fundamental, pues regula la temperatura terrestre: equilibra la del día con la de la noche (momento en que no llegan los rayos solares que dan luz y calor), y transporta el calor de las zonas más cálidas a las más frías del planeta. El transporte de aire en la atmósfera recibe el nombre de circulación atmosférica.