تكشف الأدلة الجيولوجية أن مناخ الأرض لم يكن ثابتًا عبر تاريخها الطويل، بل مر بفترات دافئة وأخرى باردة قبل ظهور الإنسان بوقت طويل. ويستدل العلماء على هذه التغيرات من خلال دراسة الصخور والأحافير ورواسب البحيرات واللب الجليدي، وهي سجلات طبيعية توثق تغير درجات الحرارة وتركيب الغلاف الجوي عبر مئات الآلاف أو ملايين السنين.

تشير الأدلة الجيولوجية إلى أن الغلاف الصخري لم يكن في الماضي مناسبًا لتكوّن الصفائح التكتونية بالشكل المعروف اليوم، ويُعتقد أن نظام الصفائح الحديث بدأ بالتطور قبل نحو ٥٠٠ مليون سنة، مع استمرار تطور بنية الأرض الداخلية.

تشير الأدلة الجيولوجية إلى أن البحر الأبيض المتوسط تعرض قبل نحو ٥.٣ إلى ٦ ملايين سنة لأزمة ملوحة كبرى انخفض خلالها مستوى المياه بصورة هائلة نتيجة انقطاع اتصاله بالمحيط الأطلسي. إلا أن الدراسات الحديثة تشير إلى أن أجزاءً من البحر ربما احتفظت بمسطحات مائية، ولم يتحول الحوض بأكمله إلى صحراء جافة كما كان يُعتقد سابقاً.

تشير الأدلة الجيولوجية إلى أن المريخ كان في الماضي أكثر دفئاً ورطوبة مما هو عليه اليوم، إذ تكشف الأودية الجافة والرواسب المعدنية عن وجود مياه سائلة على سطحه قبل مليارات السنين، لكن العلماء ما زالوا يدرسون أسباب اختفاء معظم تلك المياه.

تشير الدراسات الجيولوجية إلى أن الأرض تتعرض في المتوسط لاصطدامات بأجرام كبيرة يزيد قطرها على ١٠ كيلومترات على فترات تمتد إلى عشرات الملايين من السنين. وهذه الاصطدامات نادرة جداً، لكنها قد تُحدث تغيرات مناخية وبيئية واسعة النطاق عند وقوعها.