De aarde is al 4,6 miljard jaar oud. In die tijd heeft de aarde al veel klimaatveranderingen gekend die voortkomen uit wijzigingen in de hoeveelheid broeikasgassen in de atmosfeer en wijzigingen in de albedo van het aardoppervlak. Denk aan de ijstijden (met een hoger albedo dan nu) en de tijd van de dinosauriërs (150-65 miljoen geleden) toen er geen ijs lag op de Zuidpool (met een lager albedo dan nu).
Voor die klimaatveranderingen zijn er diverse natuurlijke oorzaken aan te wijzen.
Zonneactiviteit: schommelingen in de intensiteit van de zonnestraling die de aarde bereikt.
Vulkanische activiteit: vulkanen kunnen door grote uitbarstingen het klimaat beïnvloeden. Als stof en zwaveldeeltjes in de atmosfeer terechtkomen, houden ze zonlicht tegen en wordt het kouder.
Meteorietinslagen: een inslag van een forse meteoriet kan het klimaat vrij abrupt veranderen. De inslag gaat gepaard met een enorme vervuiling van de atmosfeer door stof, rook en roet. Dat kan het zonlicht jaren tegenhouden.
Variaties in de omloopbaan van de aarde rond de zon: de aarde maakt een ovale baan rond de zon. Als die baan iets verandert, komt de aarde in een deel van zijn omloopbaan dichter bij de zon en in een ander deel verder van de zon te liggen. Dat zorgt ervoor dat het warmer wordt in de delen die dichter bij de zon komen en kouder op delen die verder van de zon af komen.
De positie van de continenten heeft invloed op de zeestromen. Als de continenten allemaal dicht bij elkaar liggen (zoals miljoenen jaren geleden), is de stroming van de zee anders dan wanneer de continenten verder van elkaar af liggen (zoals nu). Zeewater wordt opgewarmd aan de evenaar en verspreid zich in de richting van de poolkappen. Hoe verder de continenten uit elkaar liggen, hoe minder effectief de warmte door de zee kan worden verspreid over de planeet.
Lucht- en zeestromen: zeestromen in de oceaan kunnen het klimaat beïnvloeden.