古気候の記録で最も注目すべき点は、過去数十万年の氷河期の周期で観察される気温と大気中の二酸化炭素濃度の強い対応関係です。 二酸化炭素濃度が上昇すると、気温も上昇する。 二酸化炭素濃度が下がると、気温は下がる。 この対応の一部は、気温と二酸化炭素の表層海水への溶解度の関係によるものだが、大部分は、二酸化炭素と気候の間のフィードバックと矛盾しない。 このような変化は、地球が放射平衡状態にあれば予想されることであり、気候変動における温室効果ガスの役割と矛盾するものではない。 二酸化炭素と気候の間の因果関係を、どちらの変化が先に起こるか、あるいは他の手段から判断することは簡単なように思えるが、因果関係の判断は極めて難しいことに変わりはない。 さらに、氷河期の気候には、植生の変化、地表の特徴、氷床の広がりなど、他の変化も関わっています。
他の古気候プロキシは、過去と未来の気候変動における海洋の役割を理解するのに役立ちます。 海は大気の60倍の炭素を含んでおり、予想通り、大気中の二酸化炭素の変化は、過去数十万年にわたる海中の炭素の変化と並行していたのです。 海は大気よりもずっとゆっくりと変化しますが、海は過去の二酸化炭素の変動に不可欠な役割を果たし、将来も何千年にもわたって役割を果たすでしょう。
最後に、古気候データは、気候変動が気温だけではないことを明らかにしています。 過去に二酸化炭素が変化したように、気候の他の多くの側面も変化したのです。 氷河期には、雪線は低くなり、大陸は乾燥し、熱帯モンスーンは弱くなった。 これらの変化は、独立したものもあれば、二酸化炭素の変化と密接に関係しているものもある。 将来、どのような変化が起こりうるのか、また、その変化はどの程度のものなのか、現在も精力的に研究されている。 NOAAの古気候学プログラムは、将来の気候変動を理解するための1つのアプローチとして、過去に起こった変化を記録する手助けをしています
。