과학자들은 지층과 화석을 통해 고대 기후에 대한 정보를 얻을 수 있습니다. 먼저 지층의 경우, 만약 지층 내에서 두께가 큰 빙하 퇴적물이 발견되면, 얼음기의 존재를 의미합니다. 또한 전 세계적으로 대규모의 해수면 하강과 육지의 확대도 얼음기의 존재를 보여줍니다. 추운 기후에서는 땅에 내려오는 눈이 물로 변하지 않고 바다로 흐르지 않기 때문에 점점 더 많은 눈이 내려오게 됩니다. 반면, 바다는 점점 더 많이 증발하여 해수면이 계속 내려갑니다. 에코소나르 테스트에 따르면, 오늘날 남극의 얼음은 약 27×10^6 세제곱 킬로미터에 달합니다. 이러한 양의 물이 얼음으로 변할 때, 해수면은 65~75미터 내려가게 됩니다. 또한, 지층의 산소-탄소 동위원소를 분석하여 고대 기후의 변화를 확인할 수 있습니다. 기후는 이산화탄소와 같은 온실 가스와 관련되어 있고, 지층 내의 산소-탄소 동위원소의 구성은 당시의 탄소 순환 상태를 나타낼 수 있습니다. 매우 두꺼운 황사층, 매우 긴 석회석, 해저의 두꺼운 퇴적물 및 남극의 매우 두꺼운 얼음 코어 등을 통해 오랜 기간 동안 변화한 고대 기후에 대한 데이터를 얻을 수 있습니다.
화석의 경우에도 고대 기후의 변화를 이해할 수 있습니다. 기후는 생물에 상당한 영향을 미치습니다. 일반적으로, 열대 지방에 사는 동물들은 신진대사가 빠르고 크기가 작으며, 추운 지방에 사는 동물들은 신진대사가 느리고 크기가 더 큰 경향이 있습니다. 어떤 동물들은 열대에서만 살고, 어떤 동물들은 추운 지방에서만 살습니다. 예를 들면, 중국의 更新世 중반에서는 북부의 추운 지역에 北京원인, 肿骨鹿와 같은 동물 그룹이 살았고, 남부의 열대 및 아열대 지역에서는 이구아나, 사자 같은 동물 그룹이 살았습니다. 또한, 오르도비아기의 마지막 세 번째 빙하기가 도래하기 전에 자라난 동물들은 모두 작았고, 빙하기가 도래하면 기온이 급격히 낮아져 해수면이 50 100미터 내려갔고, 많은 동물들이 멸종되었습니다. 그 후 오랜 기간 동안 많은 동물들이 추운 기후에 적응하여 크기가 커졌고, 특정한 빙하기 동물 그룹이 형성되었는데, 이는 얼음기 이전의 동물과 분명히 다르며, 쉽게 구별할 수 있습니다.