大氣圈、水圈、岩石圈及生物圈的作用表現於長短不同的各種時間尺度上（見第二章）。古氣候學者考慮的時間尺度經常以千年、萬年乃至百萬年為單位。若以時間為經緯，學者研究的方法，可分成兩大類，一是時間序列（time－series）分析，另一則是時間切面重建（time－slice reconstruction）；前者重建古氣候史，探求各氣候因子的因果關係，回饋機制及變動的週期與頻率；後者恢復某一地質時代的古地理、古氣候之空間分布。兩者都是利用各種指標，藉適當的定性或定量方法，重建古環境、古氣候。重建古環境的方法論原理是地質學的第一定理，即所謂「古今一致論」（Uniformitarianism），或為「今為古鑰」（The present is the key to the past）《近來有人將the key改為a key》，亦即，今日所見的種種物理、化學、生物作用的定律、規則，必然也運行於以往的地質年代之中；唯有如此，我們可以從岩層與化石等地質「產品」去回溯逆推當年的地質作用與地球歷史。

談「史」，離不開「時間」，學者對研究的材料首先要知道其年代；在某些狀況下，即使不能斷定其確切的年代，也要推斷標本間的時代先後關係。地質的絕對定年主要依賴各種放射性元素的半衰期來計算，學者也利用化石來進行地層對比，來建構古氣候研究的時間架構（圖10-1）。 在「全球變遷」的警訊中，氣候學者希望能預測未來，但是地球碩大無朋，體系複雜萬端，作用的過程綿長無盡，我們不能把地球放在實驗室中進行實驗與觀察，就如哈佛大學地球與行星科學系主任McElroy說：「We cannot manipulate the earth. Our laboratory is the past」。

「全球變遷」的實驗室在地球的「過去」，實驗都已經做了，實驗結果埋藏在地層化石、樹輪與珊瑚之中，等著地質學者去解讀。如何解讀？解讀的結果如何？其方法牽涉到各種地史學研究的方法。本章僅就（1）地球的古氣候歷史（2）全球變遷研究中，幾個與古環境相關的議題兩方面稍加闡述。