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。山脈和火山
正如雨影效應那樣，山脈可以影響氣候。考古學家的興趣在於，這些經由數百萬年的地殼板塊衝撞而形成的山脈，是如何幹擾地球的風的流動的。火山噴發可以產生更加立竿見影的效果。火山向大氣中噴出許多種氣體，包括二氧化碳，人們認為二氧化碳這種氣體可以使溫室效應加強，使全球氣溫上升。
影響更大的是火山噴出的灰塵顆粒和散發出的二氧化硫。二氧化硫與水蒸氣結合產生深厚的霾，霾可存在2～3年，使平流層升溫並將吸收的陽光反射、散射回太空。結果，到達地球表麵的太陽能數量減少，使地表空氣變冷。1991年，當匹那提堡火山爆發時，2000萬噸的二氧化硫氣體被噴人菲律賓的上空。此後，美國國家航空航天局(NASA)的地球輻射監測衛星發現反射回太空的太陽能射線增加了38％。爆發後的一整年裏，二氧化硫氣團仍在全球流動，有記錄指出全球氣溫淨降低為110P(06℃)——與本世紀地球升溫的程度相同。
工業廢氣、汽車尾氣和森林火災造成的空氣中的煙霧也排人對流層，重硫酸鹽礦物燃料所產生的硫酸鹽煙霧與火山灰相似，起著凝聚核的作用。一些科學家認為，這些主要飄浮在歐洲和北美上空的汙染雲團，可能就是最近幾十年北半球氣溫上升低於南半球的原因。正在變暖的地球
同周圍的地區相比，城市環境中的建築物產生熱氣泡。道路和屋頂比植被和土壤更易吸收太陽的熱量，結果，在冬季大城市的市中心，夜裏的溫度仍要比當地的鄉村高出達10°F(5℃)。工業區也是增加的水蒸氣的來源：汙染的煙霧成為聚集水分子的雲層凝聚核，並且造成人口密集居住區隨風吹落，的沉澱物增加5％到10％。在大城市的上空和城市之間，噴氣飛機留下的凝結尾流中的燃燒物——硫酸小液滴和油煙微粒——促成了冰晶的形成。凝結尾流可以形成卷雲，卷雲吸收的熱量多於釋放的熱量，因而造成了平流層總體氣溫的較小上升。
氣候的變遷是相對的。在這個明顯的間冰期，最近1萬年的氣候是相對穩定的。同大約公元900年毀滅瑪雅文明的那次幹旱相比，即使是20世紀30年代發生在北美大草原的毀滅性的碗狀塵暴也算不了什麼。另一方麵，盡管近一百年地表的氣溫隻上升了1°F(06℃)，同近一萬年隻變化4°F(2℃)相比，這個變化實際上已經很大了。