Dünyanın jeolojik zamanlar içerisinde geçirdiği iklimsel evrim, günümüzde yapılan bilimsel çalışmalar sayesinde çok daha iyi anlaşılmaktadır. Jeolojik zaman çizelgesinin düzenlenmesinde ve anlaşılmasında temel olarak iki faktörün kritik rol oynadığı görülmektedir. Bu faktörlerin ilki levha tektoniği, ikincisi ise atmosferin kimyasal bileşimidir. Söz konusu bu iki temel faktör, dünyanın oluşumundan günümüze kadar geçen uzun sürece yön vermiştir. Aynı zamanda bu süreç, dünyada yaşayan canlıların coğrafi yayılışları, adaptasyonları ve evrimsel süreçleri açısından da büyük bir belirleyici olmuştur. Dünyanın dinamikleri, iklimin sabit olmadığını, aksine sürekli değişen bir yapıda bulunduğunu göstermektedir. Jeolojik evrim sürecinde iklimsel değişiklikleri tetikleyen ve yönlendiren faktörler, yeryüzünün hem iç dinamiklerini hem de dış koşullarını yakından ilgilendirmektedir. Bu faktörlerin her biri, günümüzdeki iklim sisteminin şekillenmesinde farklı oranlarda ve biçimlerde pay sahibidir. Dünyanın yüzeyi, jeolojik tarihler boyunca kıta formasyonlarının çeşitli zamanlardaki hareketlerine ve yer değiştirmelerine sahne olmuştur. Kıtaların kayma hipotezi, dünyadaki iklim değişikliklerini açıklayabilmek adına oldukça önemli bir teorik altyapı sunmaktadır. Kıtaların güneye ya da kuzeye doğru kayarak kutup bölgelerine yaklaşması, o bölgedeki sıcaklık değişimlerinde son derece kritik bir rol oynamaktadır. Buna karşın, kıtaların yanal hareketleri tek başına iklim üzerinde doğrudan ve belirgin bir etki yaratmamaktadır. Aslında Pangea gibi devasa süper kıtaların oluşumu ve ardından parçalanarak dağılması, küresel atmosferik dolaşım ve iklim tipleri üzerinde devasa etkilere sahip olmuştur. Bir araya gelen karalar, kıtaların iç kesimlerinde sert karasal iklimlerin yaşanmasına sebep olur. Ayrıca topoğrafik yapıda büyük yükseltilerin ortaya çıkmasına yol açar. Bu yükseltiler, okyanusların ılıman etkilerinin iç kesimlere ulaşmasını önleyen doğal bariyerler oluşturur. Parçalanan kıtalar ise okyanus etkilerinin iç kısımlarda daha çok hissedilmesine yol açarak iklimi yumuşatır. Jeolojik zamanlar içerisinde yaşanan sıcak ya da soğuk evrelerin sebeplerinden belki de en önemlisi bu kıta hareketleridir. Bu hareketlilik, hem karalarda hem de karaların yakın çevrelerindeki sığ denizlerde yaşamlarını sürdüren canlıların çeşitliliği ve ekolojik dengeleri üzerinde çok derin sonuçlar doğurmuştur. Kıta hareketlerinden sonra iklimler üzerinde en çok etkiye sahip olan faktörlerin başında deniz seviyesi değişiklikleri gelmektedir. Dünya genelindeki suyun hacminde görülen farklılıklar doğrudan iklim sisteminden sorumludur. Su seviyesinin yüksek olduğu dönemlerde daha yağışlı iklimlerin yaşandığı görülürken, düşük su seviyesi daha kurak ve arsit iklimlere yol açmaktadır. Su seviyesinde gözlenen yükselmeler, topoğrafik yapıya bağlı olarak bazen binlerce kilometrekarelik alanların sular altında kalmasına neden olur. Bu durum, söz konusu bölgelerin daha nemli bir yapıya kavuşmasını sağlar. Su seviyesinin alçalması ise özellikle yeraltı su kaynaklarını doğrudan etkilediği için kara içlerinde yağışların azalmasına ve kuraklığın artmasına zemin hazırlar. Bunun yanı sıra, okyanus geçitlerinin açılıp kapanması lokal tektonik hareketlerin oluşmasında büyük önem taşır. Bu tektonizmanın lokal ya da küresel iklimsel değişmelere yol açabildiği bilinmektedir. Geçitlerin açılıp kapanması sırasında sıcak ya da soğuk su akıntılarında görülen herhangi bir bozulma, iklimi doğrudan etkilemektedir. Bugün dünyanın okyanuslarında hem karasal hem de denizel canlıların yaşantısını doğrudan etkileyen sıcak ve soğuk su akıntılarının zaman zaman kesilmesi veya yön değiştirmeye zorlanması, iklimin ısınmasında veya soğumasında büyük roller oynamaktadır. Bu değişimler, canlıların coğrafi yayılımlarını ve hayatta kalma şanslarını doğrudan şekillendirir. Yeryüzünün topoğrafik yapısında görülen devasa yükseltiler ve dağ oluşumları (orojenez), atmosferik sirkülasyonları ve dolayısıyla iklimsel değişmeleri meydana getirmektedir. Himalayalar ve Tibet Platosu gibi dünyanın en yüksek bölgelerinin, küresel iklimleri büyük oranda değiştirdiği yönünde güçlü bilimsel bulgular mevcuttur. Özellikle Miyosen dönemin sonlarına doğru gerçekleşen bu tür devasa dağ yükselmeleri nedeniyle, Afrika kıtasının iklimsel dönüşümü bugünkü halini almaya başlamıştır. Bu iklimsel dönüşüm, başta insan evrimi olmak üzere pek çok karasal memelinin ve canlının evrimine doğrudan yön vermiştir. İklimi etkileyen bir diğer kritik unsur ise atmosferin kimyasal yapısıdır. Atmosferin kimyasal bileşiminde görülen farklılaşmalar, iklimsel olayların ortaya çıkmasında birinci derecede rol oynar. Dünyanın atmosferindeki karbon dioksit (CO2) miktarındaki dalgalanmalar ve volkanik faaliyetler sonucunda atmosfere salınan gazlar, kimyasal yapının ve dolayısıyla iklimlerin farklılaşmasında temel etmendir. Jeolojik zamanlarda atmosferin kimyasal yapısında görülen bu oynamalar, yeryüzü iklimlerinin kökten değişmesine neden olmuştur. Bu iklim değişmeleri ise doğrudan doğruya canlıların çeşitliliğini etkilemiş, bazı türlerin evrimleşmesini sağlarken bazı türlerin ise tamamen ortadan kalkmasına (yok oluşuna) yol açmıştır.