Човечеството винаги е било в риск от неочаквани и неблагоприятни промени в климата в резултат на действието на естествени фактори -земни и космически. Към космическите фактори за промени в климата се причисляват параметрите на земната орбита и слънчевата активност. Така например, преди повече от 400 години Европа е изпитала сравнително студен период, наречен Малък ледников период, който съвпада с период на необичайно ниска слънчева активност – т. нар. Маундеров минимум. Към земните фактори спадат например преместване на земните полюси, промени в скоростта на земното въртене, промени във физикогеографския облик на Земята (напр., промени в конфигурацията на континентите, изменения на нивото на Световния океан, формиране на планински масиви и промени в състава на атмосферата и др). Природните фактори оказват влияние върху разпределението на температурата, общата атмосферна циркулация, океанските течения, площта на криосферата, а оттам върху климата и неговите промени. 

Промени в параметрите на земната орбита и наклона на земната ос

Една от хипотезите  (на Миланкович) са цикличните промени на климата, състоящи се в редуването на студени (ледникови) и топли (междуледникови) периоди с продължителност десетки хиляди години, свързва тези промени с периодичните изменения на ексцентрицитета на земната орбита(период около 90 хил. години), прецесията на земната ос ( период около 25 хил.години) и наклона на земната ос (период около 41 хил. години). Наклонът варира между 22° и 24,5° и определя наличието на сезони. Промяната в тези фактори води до промяна на  годишния ход на разпределението на слънчевата радиация между екватора и полюсите, без да се променя общото й количество, достигащо до Земята за една година. Когато в резултат на тези промени за продължителен период се редуват студени лета и топли зими (например при по-малък наклон на земната ос), ледниците се разрастват и може да настъпи ледников период.

Наклон на земната ос и нейното влияние върху слънчевата радиация достигаща земната повърхност

Промени в слънчевата активност

Земята е толкова близо до Слънцето, че фактически се намира в неговата външна корона, така че всичко, което става на Земята, в една или  друга степен се влияе от променливата активност на Слънцето. Има три основни групи хипотези, обясняващи механизмите за влиянието на слънчевата изменчивост върху промените в климата: изменения на общата слънчева радиация, изменения на ултравиолетовата слънчева радиация и изменения на потока галактични космични лъчи в резултат на изменения в слънчевия вятър.

Общата слънчева радиация доскоро беше наричана “слънчева константа” – название, което изразяваше убеждението, че тя е постоянна величина. Но измервания от спътници извън земната атмосфера през последните три десетилетия недвусмислено доказват, че общата слънчева радиация не е константа, а се мени във фаза с цикъла на слънчевите петна. Измененията са твърде малки, за да предизвикат наблюдаваните климатични изменения, но не е ясно как се изменя общата слънчева радиация в по-дълги периоди.

Според някои моделни оценки намалената слънчева активност по време на Маундеровия минимум в края на 17 век е съответствала на намалена обща слънчева радиация, която обяснява глобална температура, с 1^о по-ниска от днешната.

Въпреки че измененията на общата слънчева радиация са малки, излъчваната от Слънцето радиация в ултравиолетовия диапазон се изменя значително в слънчевия цикъл. Тази радиация изцяло се поглъща във високите слоеве на атмосферата (стратосферата) и предизвиква нагряване и изменения в циркулацията, които се предават към ниската атмосфера и водят до изменения на климата.

Според третата група хипотези менящият се в цикъла на слънчевата активност слънчев вятър модулира потоците галактични космични лъчи, проникващи в средната и ниска атмосфера на Земята, които стимулират протичането на физико-химични реакции в атмосферата и определят съдържанието на  малките съставящи, а те от своя страна оказват силно влияние върху прозрачността на атмосферата  и съответно върху потока слънчева радиация, достигащ до Земята. Освен това галактичните космични лъчи определят електрическата проводимост на високата атмосфера и оттам глобалната електрическа верига и свързаната с нея гръмотевична активност, която има ясно изразен цикъл, съвпадащ с цикъла на слънчевата активност.

Преместване на континентите

Геолого - географските данни за разположението и конфигурацията на континентите в миналото показват, че те ту са се събирали в суперконтинент, ту са се раздалечавали, като са попадали на различни места по земното кълбо. Така например преди около 200 млн. години Южна Америка и Африка са били съединени. Сегашното разположение на континентите се е оформило след разделянето на един суперконтинент и преместването на отделните части. Тези процеси са въздействали върху климатичните условия, тъй като са се променяли разпределението на температурата, въздушните и океанските течения, валежите и условията за натрупване на лед и сняг и др. Това е една от хипотезите, които обясняват редуването на топли (без постоянен лед и сняг) и студени (с постоянен лед и сняг в някои райони на земното кълбо) епохи с продължителност десетки милиони години. Във всички епохи на студен климат един от континентите се е намирал в района на полюса (в съвременната епоха това е Антарктида);

Южна Америка и Африка преди около 200 милиони години са били съединени

Вулканична дейност

Когато вулканите изригват, те изхвърлят в атмосферата голямо количество твърди и течни частици,  вкл. въглероден диоксид, серен диоксид, водна пара и др. Въпреки че вулканичната дейност може да продължи само няколко дни, тя може да влияе на климатичната система в продължение на години. При големи вулканични изригвания огромни количества газове и дребни частици могат да навлязат в стратосферата и да останат там месеци и години. Това намалява слънчевата радиация, достигаща до земната повърхност и може да доведе до захлаждане, чиято продължителност зависи от продължителността на активизиране на вулканичната дейност. Друг ефект, свързан с усилена вулканична дейност за дълги периоди от време (милиони години) е увеличаваното количество въглероден диоксид в атмосферата, което усилва парниковия ефект и води до затопляне.

Океанските  течения

Океанските течения заедно с атмосферната циркулация пренасят огромно количество топлина и по този начин оказват влияние върху климата. Ето защо промени в океанските течения могат да доведат до значителни климатични промени. През последните години някои учени свързват наблюдавани в различни райони на земното кълбо климатични аномалии и екстремни явления с промени в интензивността на т.нар. Южна осцилация Ел Ниньо (свързана с отслабване на пасатите над централната и западна част на Тихия океан, повишение на температурата на океанската вода и проливни валежи по източните брегове на Тихия океан и Индийския океан, с аномално високо атмосферно налягане в западната тропична част на Тихия океан).