Unul dintre cele mai remarcabile aspecte ale înregistrărilor paleoclimatice este corespondența puternică dintre temperatură și concentrația de dioxid de carbon din atmosferă observată în timpul ciclurilor glaciare din ultimele sute de mii de ani. Atunci când concentrația de dioxid de carbon crește, temperatura crește. Când concentrația de dioxid de carbon scade, temperatura scade. O mică parte a corespondenței se datorează relației dintre temperatură și solubilitatea dioxidului de carbon în oceanul de suprafață, dar cea mai mare parte a corespondenței este în concordanță cu o reacție între dioxidul de carbon și climă. Aceste schimbări sunt de așteptat dacă Pământul se află în echilibru radiativ și sunt în concordanță cu rolul gazelor cu efect de seră în schimbările climatice. Deși ar putea părea simplu să se determine cauza și efectul dintre dioxidul de carbon și climă din care schimbare apare prima sau din alte mijloace, determinarea cauzei și a efectului rămâne extrem de dificilă. În plus, alte schimbări sunt implicate în climatul glaciar, inclusiv modificarea vegetației, a caracteristicilor suprafeței terestre și a întinderii calotei de gheață.
Alți proxies paleoclimaterici ne ajută să înțelegem rolul oceanelor în schimbările climatice trecute și viitoare. Oceanul conține de 60 de ori mai mult carbon decât atmosfera și, așa cum era de așteptat, schimbările în dioxidul de carbon din atmosferă au fost paralele cu schimbările în carbonul din ocean în ultimele câteva sute de mii de ani. Deși oceanul se schimbă mult mai lent decât atmosfera, oceanul a jucat un rol esențial în variațiile din trecut ale dioxidului de carbon și va juca un rol în viitor, timp de mii de ani.
În cele din urmă, datele paleoclimatice arată că schimbările climatice nu se referă doar la temperatură. Pe măsură ce dioxidul de carbon s-a modificat în trecut, multe alte aspecte ale climei s-au schimbat și ele. În timpul glaciațiunilor, liniile de zăpadă erau mai joase, continentele erau mai uscate, iar musonii tropicali erau mai slabi. Unele dintre aceste schimbări pot fi independente; altele sunt strâns legate de schimbarea nivelului de dioxid de carbon. Înțelegerea care dintre aceste schimbări ar putea avea loc în viitor, și cât de mari ar putea fi aceste schimbări, rămâne un subiect de cercetare viguroasă. Programul de paleoclimatologie al NOAA ajută oamenii de știință să documenteze schimbările care au avut loc în trecut ca o abordare pentru a înțelege schimbările climatice viitoare.