La Paleotempestologia oltre ad esaminare gli strati glaciali con il sistema del carotaggio, si studia anche dall'attività passata dei cicloni tropicali, attraverso la ricerca e l'analisi di dati geologici o anche registri storici. Le rocce contengono alcuni isotopi di elementi, conosciuti come marcatori naturali, che descrivono le condizioni sotto le quali essi si formano. Dallo studio del carbonato di calcio nelle rocce coralline, possono essere rivelati i cambiamenti della temperatura del mare e uragani. Il passaggio degli uragani del passato possono essere datati al giorno del loro impatto sui coralli guardando l'aumento della concentrazione di traccia isotopi.

In questa fase si studia la Dendroclimatologia nel corso della loro vita, accrescono progressivamente il proprio tronco aggiungendovi ogni anno un anello di crescita chiaramente separato da quelli degli anni precedenti e successivi. Ci si adopera con il taglio della pianta  è quindi  possibile, contando gli anelli, calcolare l'età dell'albero. Analizzando in modo più avanzato gli anelli di crescita si ricavano informazioni sull’andamento del clima del passato dividendo per anno il corrispondente anello : l'anello di accrescimento annuale è tanto più grande quanto più alta è stata la temperatura e viceversa. È quindi possibile capire se l'anno è stato più o meno caldo, più o meno piovoso.

Il Sistema Climatico è un sistema accoppiato atmosfera oceano biosfera criosfera con scambi di calore sensibile, vapore acqueo, quantità di moto (attraverso i venti sul moto ondoso) e elementi chimici vari (attraverso i cicli biogeochimici) all'interfaccia di separazione dei vari mezzi.

I modelli climatici vengono utilizzati per simulare le interazioni tra l'atmosfera, gli oceani, i continenti e le calotte polari. Attraverso questi strumenti si può studiare la dinamica del clima e prevedere possibili scenari futuri. Un modello climatico deve riuscire a bilanciare l'energia in input al sistema Terra (la radiazione elettromagnetica proveniente dal Sole) con l'energia in output (principalmente radiazione infrarossa). Qualora questo bilancio non venga rispettato, si entra nell'ambito di un cambiamento climatico.