Jedním z nejpozoruhodnějších aspektů paleoklimatických záznamů je silná shoda mezi teplotou a koncentrací oxidu uhličitého v atmosféře pozorovaná během glaciálních cyklů posledních několika set tisíc let. Když stoupá koncentrace oxidu uhličitého, stoupá i teplota. Když koncentrace oxidu uhličitého klesá, teplota klesá. Malá část této shody je způsobena vztahem mezi teplotou a rozpustností oxidu uhličitého v povrchovém oceánu, ale většina shody odpovídá zpětné vazbě mezi oxidem uhličitým a klimatem. Tyto změny se očekávají, pokud je Země v radiační rovnováze, a jsou v souladu s úlohou skleníkových plynů při změně klimatu. Ačkoli by se mohlo zdát jednoduché určit příčinu a následek mezi oxidem uhličitým a klimatem z toho, ke které změně dojde nejdříve, nebo z nějakého jiného důvodu, určení příčiny a následku zůstává nesmírně obtížné. Kromě toho se na ledovcovém klimatu podílejí i další změny, včetně změněné vegetace, vlastností zemského povrchu a rozsahu ledového příkrovu.
Další paleoklimatické proxy nám pomáhají pochopit roli oceánů v minulých a budoucích změnách klimatu. Oceán obsahuje 60krát více uhlíku než atmosféra a podle očekávání byly změny oxidu uhličitého v atmosféře paralelní se změnami uhlíku v oceánu za posledních několik set tisíc let. Přestože se oceán mění mnohem pomaleji než atmosféra, hrál oceán zásadní roli v minulých změnách oxidu uhličitého a bude hrát roli i v budoucnosti po tisíce let.
Paleoklimatické údaje nakonec ukazují, že klimatické změny nejsou jen o teplotě. S tím, jak se v minulosti měnil oxid uhličitý, se měnilo i mnoho dalších aspektů klimatu. V dobách ledových byly nižší sněhové čáry, kontinenty byly sušší a tropické monzuny slabší. Některé z těchto změn mohou být nezávislé, jiné jsou úzce spjaty s měnící se hladinou oxidu uhličitého. Pochopení toho, které z těchto změn mohou nastat v budoucnu a jak velké tyto změny mohou být, zůstává předmětem intenzivního výzkumu. Paleoklimatologický program NOAA pomáhá vědcům dokumentovat změny, ke kterým došlo v minulosti, jako jeden z přístupů k pochopení budoucích klimatických změn.