对气候变化影响的因素来自多方面，包括太阳辐射、地球运行轨道变化、造山运动、温室气体排放等。由于地表许多间接影响气候的因素反应较慢，如海洋温度变化、冰山融化等，所以，气候变迁相对直接影响气候的因素变化来说，可能要等几个世纪，设置更长的时间才能显现出来。
大气环流
大气环流就是大气中主要气流的总情况，它有由西向东流动的纬向环流，也有沿着经圈的南北环流。我国广大地区气温的高低，主要决定于经向环流即西伯利亚冷气流的强弱。它们一般来自北冰洋的厚层冷空气，它们先在西伯利亚北部和蒙古积聚，使大陆高气压加强。当西风带较强的波动向东推进时，常使低层大陆高压分裂，导致冷空气爆发南下侵入我国，这种强大的寒潮是我国冬半年主要的灾害性天气，给人民的生产和生活影响极大。
大气环流欧洲的气候则因墨西哥湾暖流的输热作用比同纬度的我国东北一带暖和得多。如处于北纬48°58′的法国巴黎，1月平均气温是3.1℃，7月平均气温是19℃，年较差为15.9℃；而纬度相近的我国北纬47°23′的黑龙江齐齐哈尔，1月平均气温则是-19.6℃，7月平均气温是22.6℃，年较差达42.2℃，齐齐哈尔1月气温比巴黎要低22.7℃。近100年来，由于墨西哥湾暖流在大气环流变化的影响下显著加强，使得输向北极的热量大为增加，北极气温的升高和积冰量的减少，从西伯利亚向南侵入我国的冷空气也有了显著的减弱，这成为20世纪20~40年代我国气候增暖的主要原因。
大陆漂移
经过几百万年，地球大陆板块漂移，造成陆地和海洋位置和面积的变化，会影响全球大气环巴拿马地峡流，从而产生全球或区域性的气候变化。
海洋的位置对全球的热量和湿度的转移有极其重要的作用，因此也对全球气候起着决定性的作用。例如500万年前，巴拿马地峡形成，截断了太平洋和大西洋之间的联系，因此造成了墨西哥湾暖流，导致北半球产生冰盖。更早的石炭纪时期，大陆漂移造成大规模的碳被贮存起来，也因此引发的冰河时期的到来。在超大陆盘古大陆时期，海陆状态曾经造成“超级季风”产生。
地貌状态也能影响气候变化，造山运动形成了山脉，山的存在会造成地形降水，由于随着地势增高，气温下降，水蒸气凝结，这种降水是高山冰川形成的主要原因，也使山区形成在不同高度有不同的动物植物群落，形成高山生态系统。
大陆的面积也对气候有重要作用，因为海洋热容量大，可以稳定温度变化，沿海的年气温变化要比内陆小，所以，面积大的大陆季节性温度变化要比面积小的陆地或岛屿大。
太阳辐射
地球上气候的波动首先和太阳辐射的强弱有关。春、夏、秋、冬四季的轮回，寒、温、热三带的分别，都是因为太阳辐射有强弱的缘故。我国领土北起黑龙江江心，南到曾母暗沙，南北跨49个纬度，从南到北，包括赤道带、热带、亚热带、暖温带、温带和寒温带等6个热量带，其中又以温带、暖温带、亚热带面积最广，这是使我国成为气候类型多样，气候资源特别丰富的基本因素。过去以为日珥地球上每一个部分所接受的太阳放射出的辐射能可以太阳常数来衡量。近年来，发现太阳黑子、光斑、日珥等的多少，象征着太阳活动的强弱，由此得出了太阳的11年周期变化，大气中的磁暴、北极光和游离层均与之有关。黑子多时则磁暴与北极光也多，此时游离层发生扰动。其下的臭氧层则吸收大量紫外光线，使高空的同温层温度骤然增高而影响到大气环流，从而影响地面上的温度和雨量分布。
所谓黑子就是太阳发光圆面上做涡旋运动的灼热气体。由于它的温度比太阳表面其他部位要低1000~2000℃左右。因此，从地球上看去就显示暗黑的斑点。我国是世界历史上最早记载有太阳黑子变化的国家，从东汉元帝永光元年（前43年）起，即有记载，从公元以后直到明末共记载109次。极光的记录最早始于汉成帝建始元年（前32年）。根据中国科学院自然科学研究室的统计，从汉成帝建始元年到清咸丰三年（1853年），共计143次。
黑子
根据太阳黑子中铍的同位素变化推测出最近几个世纪太阳辐射的变化情况，太阳是地球最主要的外来能源，太阳活动不论长期或短期的变化，都能影响地球的气候。
在地球古代时期，太阳辐射只相当现在的70%，当时理论上地球不可能有液态水存在，但考古证明却相反，在冥古宙和太古宙时期，是太阳年轻时期，这种现象可能是因为当时地球的大气组成存在大量的温室气体，经过40亿年后，太阳辐射增强，地球的大气组成也变化了，主要是氧的成分迅速增加，不过如果太阳依照恒星的成长规律继续变化，辐射还会逐渐增加，还会对地球气候产生影响，太阳最终会形成红巨星，然后成为白矮星死亡，当太阳变成红巨星时，可能地球已经会被太阳吞噬而消亡。
但太阳短期的辐射变化，如11年一个周期的黑子活动变化，和更长一些的20多年辐射变化周期，也对地球气候有影响，11年的周期变化会对平流层的气温产生约1.5℃的影响，使高纬度更冷，低纬度更热。可能是由于赤道附近辐射增强，造成将平流层热风向对流层驱逐，根据1900~1950年气温变化的观察，也许这种变化是引发小冰河时期出现的原因。太阳辐射的变化，现在人类尚没有完全研究明白，这种变化是随着太阳的年龄也在变化，有的研究认为全球变暖和太阳的辐射变化也有关。
地球轨道变化
地球的轨道只要有轻微的变化，就会影响到太阳辐射在地球表面上的分布，虽然对地球的年平均接受辐射量影响不大，但对地区性和季节性的辐射量可能有很大影响，地球的轨道有3种变化：运行轨道的椭圆度、地轴倾角和地轴的进动。3种变化结合形成米兰科维奇循环，是地球产生冰河时期和间冰时期的主要原因，也是造成撒哈拉沙漠变迁和地层变迁的主要原因。
火山活动
火山活动是由于地球的地壳和地幔之间新陈代谢运动造成的，火山喷发会向大气喷出气体和火山尘，也会形成温泉。火山在历史上每个世纪平均都会发生几次喷发，都会影响几年的气候变化，火山尘会阻断太阳辐射，造成气温下降。1991年的皮纳图博火山喷发，使得全球气温下降了大约0.5℃，1815年的坦博拉火山火山喷发，造成无夏之年。但相当大规模的火山喷发，每隔亿年只出现几次，但可能造成全球变暖和大规模的物种灭绝。