Einer der bemerkenswertesten Aspekte der Paläoklimaaufzeichnungen ist die starke Übereinstimmung zwischen der Temperatur und der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre, die während der Gletscherzyklen der letzten mehreren hunderttausend Jahre beobachtet wurde. Wenn die Kohlendioxidkonzentration ansteigt, steigt die Temperatur an. Wenn die Kohlendioxidkonzentration sinkt, sinkt die Temperatur. Ein kleiner Teil der Übereinstimmung ist auf die Beziehung zwischen der Temperatur und der Löslichkeit des Kohlendioxids im Oberflächenozean zurückzuführen, aber der größte Teil der Übereinstimmung ist mit einer Rückkopplung zwischen Kohlendioxid und Klima vereinbar. Diese Veränderungen sind zu erwarten, wenn sich die Erde im Strahlungsgleichgewicht befindet, und sie stehen im Einklang mit der Rolle der Treibhausgase beim Klimawandel. Obwohl es einfach erscheinen mag, Ursache und Wirkung zwischen Kohlendioxid und Klima zu bestimmen, je nachdem, welche Veränderung zuerst eintritt, oder auf andere Weise, bleibt die Bestimmung von Ursache und Wirkung äußerst schwierig. Darüber hinaus sind auch andere Veränderungen am Gletscherklima beteiligt, darunter die veränderte Vegetation, die Eigenschaften der Landoberfläche und die Ausdehnung des Eisschildes.
Andere paläoklimatische Näherungswerte helfen uns, die Rolle der Ozeane bei vergangenen und zukünftigen Klimaänderungen zu verstehen. Der Ozean enthält 60-mal mehr Kohlenstoff als die Atmosphäre, und wie zu erwarten war, verliefen die Veränderungen des Kohlendioxids in der Atmosphäre parallel zu den Veränderungen des Kohlenstoffs im Ozean in den letzten mehreren hunderttausend Jahren. Obwohl sich der Ozean viel langsamer verändert als die Atmosphäre, spielte der Ozean eine wesentliche Rolle bei den Kohlendioxidschwankungen in der Vergangenheit, und er wird auch in der Zukunft über Tausende von Jahren eine Rolle spielen.
Schließlich zeigen die Paläoklimadaten, dass es beim Klimawandel nicht nur um die Temperatur geht. Als sich das Kohlendioxid in der Vergangenheit veränderte, änderten sich auch viele andere Aspekte des Klimas. Während der Eiszeiten lagen die Schneegrenzen niedriger, die Kontinente waren trockener und die tropischen Monsune schwächer. Einige dieser Veränderungen können unabhängig sein, andere sind eng mit dem sich ändernden Kohlendioxidgehalt verbunden. Zu verstehen, welche dieser Veränderungen in der Zukunft auftreten könnten und wie groß diese Veränderungen sein könnten, ist nach wie vor ein Thema intensiver Forschung. Das Paläoklimatologieprogramm der NOAA hilft den Wissenschaftlern, die in der Vergangenheit eingetretenen Veränderungen zu dokumentieren, um so einen Beitrag zum Verständnis des künftigen Klimawandels zu leisten.