Со второй половины олигоцена наступает значительное похолодание, охватившее высокие широты обоих полушарий и сильнее проявилось в приполярных областях, где в начале сложились условия умеренного, а затем – и арктического климата. Со временем приобретали усиления черты континентальности и сезонности климата, сокращалось общее количество атмосферных осадков, а распределение их становился все более неравномерным. Антропогенных принес дальнейшее усиление похолодание. Вместе с тем неоднократные колебания температуры и влажности привели к чередованию ледниковых и межледниковых эпох в высоких широтах и надвологих и засушливых климатов – в низких.
Причин изменений древних климатов Земли точно не выяснено до сих пор. Существуют две основных группы гипотез, пытающихся прояснить эту проблему – астрономическая и геолого-географическая. Астрономические гипотезы связывают изменения климата с колебаниями количества и качества солнечной радиации или с изменениями элементов земной орбиты. Геолого-географич признают основными следующие причины: непостоянный состав атмосферы (в частности, изменения облачности, содержания СО2, наличие вулканического пепла и дыма и т.п.), различный характер земной поверхности (распределение суши и моря; высота суши над уровнем моря, наличие гор) и солености океана , а также смещение полюсов и дрейф континентов.
Хотя ни одна из этих гипотез не нашла беспрекословного подтверждение с позиций современной науки, занятия палеоклиматологии оказались очень полезными в том смысле, что разработанные подходы и выявлены закономерности позволяют более уверенно прогнозировать будущие изменения климата. Еще нет науки с таким названием – футуроклиматология, но уже появляются отдельные более или менее обоснованные сценарии того, что ждет человечество как в ближайшем, так и в отдаленном будущем. В Украине разработку таких сценариев осуществляет научная школа, возглавляемая профессором Киевского национального университета им. Тараса Шевченко Владимиром Михайловичем Волощуком.