地球气候存在波动性，气候的历史就是气候在不同时间尺度波动的历史。在地球演化的历史中，远高于现代温度的极热期和远低于现代温度的冰期频繁交替发生，因此过去气候变化的记录是研究现代及未来全球气候变化的重要参照系。

生物与气候

现在流行的观点认为，未来全球变暖或将造成生态系统的毁灭性灾难。但古生物研究的结论却与这一观点相左——地质历史中的高温时期通常被称为生物的气候适宜期，海洋和陆地生物都相当繁盛。

古代生物

生物多样性的丰富程度是生态系统稳定性和环境适宜性最直接的反映，因此，在研究古环境时，动物化石给我们提供了最直观的证据。中国的新近纪(距今2303万—533万年)沉积物中有丰富的哺乳动物化石，沉积盆地发育、化石地点众多、标本数量巨大，它们不仅保留了生物进化的重要线索，也包含了反映其生态特征的关键信息，从而可以为同一时期气候环境的变化提供一份独立的记录。

新近纪的中中新世尤为重要。中中新世是距今1700万—1500万年的地质历史时期，发生过一次与人类活动无关的强烈增温事件——当时南极冰盖小于现代的规模，减小的幅度约10%~25%，据估计中纬度地区的温度比现在高6℃。

古代生物

其时，中中新世哺乳动物中长鼻类和偶蹄类的多样性显著增加，古仓鼠、安琪马、犀牛、长鼻类、库班猪和皇冠鹿等组成了森林型的铲齿象动物群，并且导致南北方的动物群处于同一个哺乳动物地理区之内。比如，我们在中国北方地区发现了铲齿象化石、上猿化石、河狸化石、属于长颈鹿科的古麟等多发现于南方地区的动物化石，这说明当时中国北方具有茂密的森林环境，温度比较高、湿润多雨。

但发现于晚中新世的动物化石就与中中新世的化石不太一样。比如，中中新世的哺乳动物群几乎都产自河湖相沉积中，尤其以河流相的砂岩为主，但晚中新世的三趾马动物群主要产于红黏土堆积。这也进一步印证，晚中新世地球有了一次明显降温的过程。

哺乳动物的起源和演化无不受其生活环境的调控和制约，因此化石物种及其组合的特点与变化是反映气候环境变化的重要标志之一。基于这一逻辑关系，哺乳动物化石所诠释的演化历史，能够帮助我们判别气候环境的重大变化。科学家们相信，古生物研究将在气候变化研究中扮演更重要的角色。