研究地球过去的气候，这对于复原古地理环境以及对于研究地球的历史都是有用的。古气候学的研究是以均变说原则为前提，并用今天已经知道的那些能反映气候特点的指示物进行类比。古气候学需要了解今天的气候、今天的生命形式以及生态学的知识。例如，珊瑚（主要生存于温暖的浅海中）化石和热带植物化石（在南极大陆发现）是很有价值的古气候指示物。煤层是在热带亚热带条件下生长得很茂盛的植物所形成的，南极大陆发现的那些煤层，以前应当是在较温暖的条件下形成的，这就暗示出南极大陆曾经有过很暖和的气候。风成砂岩中的交错层理和蒸发岩意味着是在干旱条件下形成的。冰碛岩、冰川擦痕以及其它与冰川有关的形态表明，在过去的地质历史时期该地处于冰川条件下。