О некоторых факторах формирования климатов прошлого известно теоретически. Так, известно, что в процессе звездной эволюции температура Солнца должна возрастать. Сведения о колебаниях земной орбиты получены не только из эмпирических данных, но и по теоретическим расчетам. В частности, рассчитана необратимая тенден­ция изменений наклона эклиптики к экватору, связанная с действием приливных сил. Это приводит к постепенному увеличению периода вращения Земли вокруг оси, что подтверждается геологическими дан­ными. Имеются общие соображения об изменении положения матери­ков (в том числе очень существенных), об изменении соотношения площадей суши и океанов, о перемещении земных полюсов. Больше всего сведений о климатах прошлого получается эмпирическим путем или на основе материалов палеоклиматических реконструкций геологов и палеонтологов, при этом приходится иметь дело главным образом с косвенными и качественными палеоклиматическими индикаторами, имеющими самую различную природу. К ним относятся, например, разнообразные палеонтологические и палеоботанические признаки. Для наиболее древ­них геологических периодов такими индикаторами служат преимущественно, а иногда и исключительно, осадочные горные породы, поскольку либо в те времена не существовало органи­ческой жизни, либо  органические останки  не сохранились до наших дней.

Знание химического состава, физических свойств, струк­туры и текстуры осадочных горных пород и особенностей их залегания позволяет с определенной точностью восстановить климати­ческие условия во время их образования.

К индикаторам влажного климата относятся продукты глу­бокого химического выветривания пород суши. Это широко рас­пространенные белые глинистые осадки — каолин, продукт хи­мического выветривания богатых полевым шпатом пород, это бескарбонатные (латеритные) красноцветы, алюминиевые руды бокситы, некоторые железные и марганцевые руды. Высокая влажность среды необходима и для образования каменных углей.

Важнейшим признаком сухих (аридных) периодов является усиленное отложение солей (особенно, если климат также и жаркий), осаждающихся из растворов в условиях сильного испарения. К ним можно отнести доломиты, ангидриты, гипсы, калийную и каменную соль. Об аридных условиях свидетельствуют также продукты выветривания, бедные кремнеземом и окрашенные оксидами железа, и лёссы. Пустыням прошлого, как и современным пустыням, были свойственны определенные явления выветривания, окремнения, переноса песка, дюнообразования. Признаки таких явлений можно установить и в геологических слоях.

Теплому климату свойственны эвапо­риты, красноцветы, морские известняки, в том числе и органи­ческого происхождения — останки кораллов и других выделяю­щих известь рифообразующих организмов. Бокситы и каолин, которые являются показателями влажного климата, одновре­менно свидетельствуют и о теплом климате. В то же время та­кой показатель влажности, как каменный уголь, может говорить и о теплом, и об умеренном или даже прохладном климате.

В условиях холодного климата физическое выветривание преобладает над химическим. Поэтому наличие в отложениях легко выветривающихся минералов, подобных полевому шпату, является признаком холодного климата. Индикаторами холод­ного климата могут служить многолетнемерзлые грунты и ши­роко распространенные грубообломочные массы.

Среди показателей холодного климата прошлого особое место занимают ледниковые отложения — морены, сложенные валунными суглинками или валунными мергелями. Для состава моренных отложений типичен составляющий их основу крайне тонкозернистый глинистый материал, содержащий примесь песка, гравия, щебня и крупных обломков угловатой формы. Для них характерна несортированность, беспорядочность распо­ложения материала, полное отсутствие или очень слабая слои­стость, наличие полированных, а также штрихованных валунов. Для диагностики ледниковых отложений, обязанных своим про­исхождением четвертичным оледенениям, очень важно наличие особого моренного ландшафта — холмов и бугров неправильной формы или валов с котловинами между ними, которые нередко заняты озерами или заболочены.

Что касается ледниковых отложений более древних ледни­ковых эпох (потому, как правило, погребенных под огромными толщами осадочных пород последующих геологических перио­дов), то распознать их значительно труднее. Это связано, в част­ности, с тем, что они сильнее разрушены за долгое послеледни­ковое время, а их палеорельеф скрыт от наших глаз. Наконец, подвергаясь сильному давлению лежащих выше толщ, а иногда и действию более высоких температур, они становятся метаморфизованными. Более древние ледниковые отложения, определявшиеся как литифицированные морены, называются тиллиты. Существует  классификация тиллитов и сходных с ними пород. Тиллиты подразделяются на отложенные непо­средственно ледником, или ортотиллиты, и отложенные через воду, или акватиллиты. По своему происхождению ортотиллиты могут представлять собой основную, или донную, морену, ко­нечную морену, которая обычно по­крывает донную морену в результате таяния ледника. Акватил­литы  представляют  собой   подводные  морены,  образующиеся в результате сползания ледника ниже уреза воды. Вместе с айсберговыми отложениями они составляют группу так назы­ваемых мариногляциальных отложений.