Jednym z najbardziej niezwykłych aspektów zapisu paleoklimatycznego jest silna zgodność między temperaturą i stężeniem dwutlenku węgla w atmosferze obserwowana podczas cykli lodowcowych w ciągu ostatnich kilkuset tysięcy lat. Kiedy stężenie dwutlenku węgla idzie w górę, temperatura idzie w górę. Kiedy stężenie dwutlenku węgla spada, temperatura spada. Niewielka część tej zgodności wynika z zależności między temperaturą a rozpuszczalnością dwutlenku węgla w oceanie powierzchniowym, ale większość tej zgodności jest zgodna ze sprzężeniem zwrotnym między dwutlenkiem węgla a klimatem. Zmiany te są oczekiwane, jeśli Ziemia jest w równowadze radiacyjnej, i są zgodne z rolą gazów cieplarnianych w zmianach klimatu. Chociaż określenie przyczyny i skutku między dwutlenkiem węgla a klimatem na podstawie tego, która zmiana następuje jako pierwsza, lub na podstawie innych środków, może wydawać się proste, określenie przyczyny i skutku pozostaje niezwykle trudne. Ponadto inne zmiany są zaangażowane w klimat glacjalny, w tym zmieniona roślinność, charakterystyka powierzchni ziemi i zasięg pokrywy lodowej.
Inne paleoklimatyczne proxy pomagają nam zrozumieć rolę oceanów w przeszłych i przyszłych zmianach klimatu. Ocean zawiera 60 razy więcej węgla niż atmosfera, i zgodnie z oczekiwaniami, zmiany dwutlenku węgla w atmosferze były równoległe do zmian węgla w oceanie w ciągu ostatnich kilkuset tysięcy lat. Podczas gdy ocean zmienia się znacznie wolniej niż atmosfera, odgrywał on istotną rolę w przeszłych zmianach dwutlenku węgla i będzie odgrywał rolę w przyszłości przez tysiące lat.
Wreszcie, dane paleoklimatyczne ujawniają, że zmiana klimatu nie dotyczy tylko temperatury. Ponieważ dwutlenek węgla zmieniał się w przeszłości, wiele innych aspektów klimatu również się zmieniało. W czasach lodowcowych linie śniegu były niższe, kontynenty bardziej suche, a monsuny tropikalne słabsze. Niektóre z tych zmian mogą być niezależne, inne ściśle powiązane ze zmieniającym się poziomem dwutlenku węgla. Zrozumienie, które z tych zmian mogą wystąpić w przyszłości i jak duże mogą to być zmiany, pozostaje tematem ożywionych badań. Program Paleoklimatologii NOAA pomaga naukowcom udokumentować zmiany, które zaszły w przeszłości, jako jedno z podejść do zrozumienia przyszłych zmian klimatycznych.