A régebbi hóhullások felhalmozódása a sarki jégsapkákban és jégtakarókban értékes információkat nyújt a paleoklimatológiai és paleokörnyezeti körülményekről. Ezeket a körülményeket a jég és firnjég részletes fizikai és kémiai analízise által tanulmányozzák a kutatók. Ezek alapján következtethetnek a hőmérséklet-változásokra, a légkör szén-dioxid- és metán koncentrációjára, illetve a jégben lévő légbuborékokból a légkör korábbi összetételére és annak hosszú távú, valamint antropogén hatások okozta változásaira. Azokon a területeken, ahol a hó nem olvad el és nem szublimál, a felhalmozódás folytonos, egyes területeken ez akár több százezer évig is eltarthatott.

Az innen vett jégminták izotóparányaiból megállapítható:

A geológiai vizsgálat módszerei ugyancsak az izotóp-koncentráció megfigyeléseken alapszanak. A tengerekben élő karbonátos kagylók és a foraminiférák O18 izotóparánya és a vízé, amelyekben élnek, különbözik, és a kettő közötti különbségből paleoklimatikus hőmérsékleti skála számítható. Minél nagyobb a különbség a két izotóparány között, annál alacsonyabb a hőmérséklet (1. ábra).

A szárazföldi geológiai módszerek közé tartozik a gleccserek vájatainak tanulmányozása, a hó- és jéghatár paleoklimatológiai sajátosságainak elemzése, a hegyi gleccserek és a tavak vízszintingadozásainak, valamint a tó üledékeinek és a barlangok talajainak analízise.

Az olyan éghajlatú területeken, ahol a tél-nyár évszakos váltakozása következtében a fák évente egy pihenő és egy vegetációs évszakot élnek át, az egyes éveket évgyűrűk jelzik. A pihenő évszakban egy vékonyabb, általában sötétebb, a vegetációs évszakban vastagabb, világosabb gyűrű keletkezik. A vegetációs évszakban keletkezett gyűrű vastagsága utal az évszak átlagos hőmérsékletére, illetve csapadékosságára. Bár a szélesebb gyűrűk általában meleg vagy esős nyarakra utalnak, a keskeny évgyűrűk hideg vagy száraz évekre, a következtetés mégsem ilyen egyszerű. Figyelembe kell ugyanis venni a fák életkorát, mert az életkorral változik az időjárás iránti érzékenységük. Másrészt egy-egy évgyűrű vastagsága nemcsak az adott év időjárásától függ, hanem kisebb mértékben az előző év (vagy évek) időjárásától is.

A hűvösebb éghajlaton, szubpoláris zónában vagy magasabb hegyeken élő fák elsősorban a hőmérsékletre érzékenyek, ezeknél egy keskeny évgyűrű a szokásosnál hidegebb vegetációs évszakot jelez. Ezzel szemben a csapadékban szegény éghajlaton élő fák esetében a keskeny évgyűrű száraz évre utal.
A fák növekedésük során a fotoszintézis segítségével esővizet és szén-dioxidot építenek magukba. Az esővízben levő oxigén és hidrogén egy kis töredéke nehéz, stabil izotóp. A nehéz O¹⁸ izotóp aránya függ a hőmérséklettől. Ez az izotóparány minden évben megőrződik a fa gyűrűjében, így információt nyerhetünk a helyi hőmérsékletről a fa életének teljes időszakából.

Míg az évgyűrűk az éghajlat években mérhető ingadozásait jelzik, a virágpor és spóra lerakódások olyan változásokról adnak hírt, amelyek évszázadokig tartottak. A virágpor és spóra (pollen) összetétele ugyanis a növényzet milyenségéről árulkodik. A pollen lerakódik és az üledékes rétegekben évezredekig megőrződik. A szén 14-es izotópjának segítségével a rétegek kora meghatározható. Így derült fény arra, hogy az utolsó jégkorszak végén egy átmeneti lehűlés következett be 10-11 ezer évvel ezelőtt.
A pollent a szél hordja el a növényekről és teríti szét, miközben ezek a tavakban és mocsarakban felhalmozódnak. Az egyes növényfajták más-más éghajlatot kedvelnek, így a növényzet összetételét a pollenek elemzéséből rekonstruálni lehet.

A történelmi források lehetnek:

Réthly Antal (1962, 1970, 1998, 1999, együtt: 2009) több mint hét évtizedes gyűjtőmunkája eredményeként összesen négy kötetben foglalta össze régi naplók, krónikák, történelmi könyvek, levelezések és más források időjárási eseményekkel kapcsolatos feljegyzéseit. Az első kötet a kezdetektől 1700-ig terjedő időszakot foglalja magában, a negyedik kötet pedig 1900-ig tartalmaz információkat.

Az első két kötetet az Akadémiai Kiadó, az utóbbi kettőt már az OMSZ adta ki. A négy kötet együttes kiadására 2009-ben került sor. A kiadvány az OMSZ könyvtárában megvásárolható.