地球上最冷的地方
被冰層和冰帽覆蓋的地區的麵積大約有兩個美國大。在這些“禁區”裏，月平均氣溫都在冰點以下。南極洲是世界上最冷的地方，俄羅斯科學研究所所在地的沃斯托克曾達到有史以來讓人無法相信的最低氣溫-127°F(-88℃)。即使是在短暫的夏季，由於太陽照射角度很小，加之終年覆蓋地麵的冰雪將熱量大量反射，這些地區溫度仍然很低。
凍原氣候區隻能在北半球大陸的北部邊緣找到。南極區不足以大到擁有這樣一個過渡帶。在凍原地區，樹木被沼澤、苔蘚和泥塘所代替。雖然該地區氣候條件惡劣，很多動物卻生活在這些極地氣候區，包撤北極熊和麝牛及北半球的夏季候鳥。
冰期
大約6500萬年前，地球的兩極是沒有冰的，從那時到現在的這段時間，地球經曆了冰的生成(在所謂的冰期)以及冰的溶化(間冰期)。人們認為在最後的200萬年裏，冰河至少出現和消失了10次並導致隨之而來的冷暖氣候的交替。
解釋這一冰的形成及消失的理論之一是20世紀30年代由塞爾維亞數學家米路丁·米蘭柯維奇創立的，米蘭柯維奇認為地球的冰期同地球運動的周期性變化相關聯，這種變化決定了不同緯度日照的數量，因而影響冰蓋的形成。
這些變化包括：地球的軌道每10萬年從略微的橢圓形變成近乎圓形；地球是如何像一個自轉的陀螺擺動的，用23000年的時間劃過一整圈；地球的傾角——每經過41000年——同垂直線的角度從218°到244°。三個圓的變化的共同作用，被認為是地球最近的氣候變遷模式——10萬年的冰期間有一萬年的間冰期——的最近乎合理的解釋。根據這一理論，我們現在生活的這個間冰期即將進入尾聲，而離下一個冰期也許僅有1000年之遙。
許多氣候變化是在比10萬年短得多的時間範圍內發生的，歐洲的氣候曾經是溫暖而又非常穩定的，殖民者可以在格陵蘭島的南岸紮根，葡萄園可以在英格蘭繁茂生長，但是大約800年前，歐洲氣候變得風暴多起來了。
海洋冰層向赤道方向延伸，冬天冷暖無常，洪澇和幹旱時有發生。寒冷的高峰期出現在人們後來所知的小冰期，約從1450～1850年。在這一時期，漫長、嚴酷的冬天和短暫、潮濕的夏天毀掉了格陵蘭島葡萄園和北歐海盜殖民地。尤其是1816年，被認為是沒有夏天的一年：歐洲的七八月份出現了可怕的霜凍。隨之而來的是饑荒。
19世紀末，地球的平均氣溫連續上升了幾年，但是20世紀40年代又出現了普遍的降溫；20世紀70年代，又出現了升溫，並在1979～1999年間出現了本世紀最熱的8年。在這段時間裏，解釋這一明顯加速的升溫趨勢的理論有許多，像“全球變暖”、“急劇變化的溫室效應”及“臭氧層變薄”這樣的說法也越來越多。盡管科學界仍在爭論原因，但人們普遍認為地球正處於一個非常溫暖的階段。
被認為同氣候變遷有聯係的一個因素是太陽黑子。大約每22年，這些巨大的磁暴的數量達到最大值，這時太陽要發出比最少時多出01％的太陽能量。太陽黑子活動的減少已被認為與小冰期中最冷的時期——蒙德極小期(1645～1716)——有關，當時幾乎沒有觀測到太陽黑子。當太陽循環處於最大值時，大量的高能輻射被釋放，增加了大氣層上層臭氧的數量。增多的臭氧使上層大氣升溫，影響著平流層的氣流向下運動，氣候就這樣在全球範圍內被改變了，盡管還不足以造成急劇的全球氣溫變化。