Per rispondere a questa domanda sono state avanzate numerose teorie. Fra esse, quelle che non sono in contrasto con le leggi della meccanica celeste e della meteorologia, e che rispettano la continuità biologica, sembrano verosimili.

Le principali teorie riconosciute come possibili si dividono in due grandi categorie: le cause d’origine astronomica e le cause d’origine terrestre.

Nel campo astronomico, la causa che viene considerata più di frequente è la variazione di energia solare ricevuta dalla Terra. Questa variazione potrebbe essere provocata da una variazione dell’attività solare. Infatti sembra molto probabile che esista una relazione fra il clima terrestre e le macchie solari: una forte emissione di raggi ultravioletti potrebbe ad es. elevare la temperatura dello strato atmosferico più ricco do ozono, esso stesso principale dell’agente dell‘effetto serra nell’alta atmosfera.

La teoria più comunemente accettata oggi, è quella di Milankovic che parla di una variazione dell’eccentricità (cioè della forma) dell’orbita terrestre, che determinerebbe profondi cambiamenti climatici. L’emergere delle montagne, la sopraelevazione dei continenti, l’apertura o la chiusura dei bacini oceanici, possono modificare il tragitto delle perturbazioni atmosferiche, e di conseguenza il regime delle precipitazioni o aumentare più o meno la nuvolosità.

Le interazioni fra l’atmosfera e gli oceani sembrano svolgere un ruolo importante, poiché questi ultimi rappresentano un’enorme riserva di calorie. Infatti, durante le glaciazioni quaternarie, la temperatura media dell’acqua di mare è diminuita a causa dell’arrivo massiccio dell’acqua polare.

La quantità di anidride carbonica nell’atmosfera ha un ruolo importante nell‘effetto serra. Tuttavia ogni eccesso di anidride carbonica nell’atmosfera passa rapidamente in soluzione negli oceani dove viene immagazzinata sotto forma di calcari.

L’urbanizzazione e l’industrializzazione crescenti sembrano operare nel senso di un riscaldamento del pianeta. Infatti l’anidride carbonica lascia passare i raggi solari ma, in compenso, intrappola il calore restituito dal suolo sotto forma di raggi infrarossi.

Attualmente, l’atmosfera terrestre contiene il 3% di anidride carbonica ma si ritiene che dal 1850 il contenuto di anidride carbonica sia aumentato del 10%. Secondo alcuni esperti, il tasso di anidride carbonica nel 2030 sarà raddoppiato il che provocherebbe un aumento globale di 2-3° C alle latitudini temperate.