地球繞太陽公轉的軌道是一個橢圓，太陽位於橢圓的一個焦點上。這樣，地球處在軌道的不同位置，距離太陽的遠近就不相同，獲得的太陽輻射能量就有差異，如冬季在遠日點，夏季在近日點，冬季就寒冷而漫長，夏季炎熱而短促。地球軌道現在的偏心率是0.164，但是偏心率在0～0.06的範圍內變動，它的變動周期約為96000年。偏心率的變化影響日地距離，從而影響太陽輻射強度，導致影響地球上的氣候。
地球在春分點處在地球公轉軌道上的什麼位置，將影響季節的起止時間，也會使近日點和遠日點的時間發生變化。地球在春分點的位置，是沿著地球公轉軌道向西緩慢地移動，大約每21000年，春分點的位置在地球公轉軌道上移動一周。春分節氣的時間，每隔70年就要推遲一天。現在北半球夏季遠日，冬季近日，夏季比冬季長8天。大約10000年後，就會變成冬季遠日，夏季近日，冬季反而會比夏季長8天。就是說，不太冷而且短促的冬季，將會變成寒冷而漫長的冬季。
地軌傾斜又稱黃赤交角，是地球上產生四季的原因。地軌傾斜度的變化，會導致回歸線和極圈的緯度發生變化，從而改變地球上的季節。地軌傾斜使回歸線在緯度22.1°～24.4°之間變化，使極圈在67.9°～65.76°之間變化。變動的時間周期41000年。地軌傾斜度增大時，回歸線緯度升高，極圈緯度降低，高緯度的年太陽輻射總量增加，冬寒夏熱、氣溫年較差增大，低緯度的年太陽輻射總量減少。地軌傾斜度減少時，高緯度冬暖夏涼，氣溫年較差減少，夏季溫度低更有利於冰川發展。
三、曆史時代的氣候變化
從第四紀更新世晚期，距今約1.1萬年前後開始，地球從第四紀冰期中的最近一次亞冰期，進入到現代的亞間冰期，人們也稱之為冰後期。這一段時間大體上相當於人類進入到有文字記載的曆史時代。關於這時期的氣候，挪威的冰川學家曾做出近10000年來的雪線升降圖，說明雪線升降幅度並不小，表明冰後期以來，氣候有明顯的變化。我國有悠久的曆史記載，竺可楨將這些記載加以整理分析，發現我國在5000多年來的氣候有4次溫暖期和4次寒冷期交替出現。
近5000年來，雖然是寒冷期與溫暖期交替出現，但是總的趨勢是由溫暖向寒冷變化，寒冷期一次比一次長，一次比一次冷。在第二次寒期，隻有淮河在公元225年有封凍。而在第四個寒冷期的1670年，長江都幾乎封凍了。
有趣的事情是：挪威冰川學家用雪線高度表示氣溫升降，竺可楨用的是曆史文獻記載資料，結果卻十分一致，說明冰後期以來的氣候變化具有全球的普遍性，絕對不是一種巧合。
四、近代的氣候變化
從1850年農業機械化開始以來，近100多年來的氣候變化，我們稱之為近代氣候變化。近百年來氣候變化的基本趨勢是：1961年以後的世界氣候與20世紀前半期相比有顯著不同，而與19世紀後半期相類似。從19世紀末期開始到20世紀40年代，是世界性氣候增暖時期，增暖的趨勢在20世紀40年代達到頂峰，以後溫度下降，20世紀60年代後變冷更加明顯，這次變化很可能是近10000年來的一次氣候振動。
這種振動可以從大氣環流變化中得到解釋。根據英國氣候學家拉姆巴的說法，從1895年開始，世界環流突然由經向環流占優勢的時期，轉變為緯向環流占優勢的時期。從此，緯向環流不斷加強。到1940年前後達到最盛時期；隨後，緯向環流又逐漸減弱，經向環流又逐漸加強，到1961年前後，緯向環流顯著減退，重新恢複成為經向環流占優勢的時期。