| Les mesures fiables de la température à la surface du globe ont démarré en 1856, lorsque la Société météorologique britannique a commencé à rassembler des données partout dans le monde. Avant cette date, on estime que les conditions climatiques obtenues à partir de données historiques sont moins fiables. On peut également estimer ces conditions à partir de différentes données recueillies dans l'environnement naturel, remontant à une période bien antérieure à l'apparition de l'homme. Les informations de ce type sont appelées "données indirectes", car elles se substituent aux données réelles dont nous avons besoin.
Un exemple de données indirectes : preuves apportées par les cernes de croissance des arbres.
| Les journaux de paysans, carnets de voyage, journaux et autres supports écrits peuvent constituer des sources d'information sur le climat de jadis. La longueur de la saison de croissance d'un endroit donné dépend des températures. Lors des années froides, lorsque le printemps arrive tard, les plantations sont retardées. Si l'automne survient tôt, la récolte est avancée. Aujourd'hui, nous disposons d'enregistrements précis de la température et de la longueur de la saison de croissance. Puisque nous savons comment ces deux faits sont liés l'un à l'autre, nous pouvons reconstituer les données de température à partir des dates de plantation et de récolte estimées. On a par exemple utilisé les archives indiquant les dates de vendange pour reconstituer les températures estivales de Paris entre 1370 et 1879. Cette méthode n'est pas parfaite, mais associée à l'utilisation d'autres mesures indirectes, elle permet de se faire une idée assez précise du climat sur une période. La plupart des arbres produisent une cerne par an, due à la croissance rapide au printemps et en été et au ralentissement de cette dernière à l'automne et en hiver. Plus les années sont chaudes plus les cernes sont épaisses. La largeur, la densité du bois et la composition isotopique en hydrogène et en oxygène des cernes permettent de produire une estimation des températures. 
La croissance de certains coraux forme des cernes de carbonate de calcium. On peut les utiliser au même titre que les cernes des arbres pour estimer les températures. Image : courtoisie de NOAA. | Les coraux ont une structure dure en carbonate de calcium (CaCO3). La croissance de certains coraux forme des cernes de carbonate de calcium. On peut les utiliser au même titre que les cernes des arbres pour estimer les températures. Lorsque la température de la mer est chaude, les coraux grandissent plus rapidement que lorsque la température est froide. Ainsi, les cernes de croissance sont plus larges les années chaudes et plus fines les années froides. Les isotopes d'oxygène contenus dans le carbonate de calcium peuvent également être utilisés pour estimer la température de l'eau pendant la croissance des coraux. La glace pérenne en haute montage et les calottes glaciaires polaires proviennent de l'accumulation de neige sur des centaines et des milliers d'années. On a foré les noyaux de plusieurs calottes glaciaires dans le monde entier. On a notamment prélevé un noyau de glace à la station de Vostok en Antarctique. Il mesurait 2083 mètres de long et a été prélevé par tronçons entre 1970-1974 et 1982-1983. Le noyau de glace de Vostok nous permet de remonter le temps. La glace au fond du noyau a presque 500 000 ans. Cette glace, comme l'eau et toute autre glace, est composée d'hydrogène et d'oxygène. Des petites quantités de l'hydrogène sont une forme particulièrement lourde appelée deutérium. Des scientifiques ont observé une relation entre la température locale et la concentration de deutérium dans la glace prélevée au cours de périodes pour lesquelles on connaît les températures. Tout laisse à penser que cette relation est toujours restée identique, si bien que les niveaux de deutérium dans la glace ancienne peuvent être utilisés pour reconstituer le climat de jadis. La glace contient également de la poussière, qui se fixe dans certaines couches, indiquant ainsi les principales éruptions volcanique qui ont répandu de la poussière à la surface du globe. Les noyaux de glace contiennent également de petites bulles d'air, qui peuvent être analysées pour découvrir les concentrations de gaz tels que le CO2. 
Des scientifiques sondent le corail
et extraient une carotte. Celle-ci est
soigneusement conditionnée et
envoyée dans un laboratoire
où elle est analysée. | | 
Noyau de glace remonté d'un forage Images : courtoisie de NOAA. | | 
Les sections du noyau de glace sont étiquetées et stockées à une température de -15°C. | Les rivières convoient en permanence de la boue et du sable terrestres dans les lacs, mers et océans, où ils s'accumulent pour former des couches de sédiments. Des carottes sondées dans ces sédiments peuvent révéler de petits fossiles et particules chimiques qui peuvent faciliter l'interprétation des climats au cours de l'histoire. Les grains de pollen sont particulièrement utiles. Très durs, ils sont souvent parfaitement conservés dans les couches de sédiments. Chaque type de plante produit des grains de pollen de formes différentes. L'analyse des grains de pollen peut révéler le type de plantes poussant à proximité, et fournir ainsi des indices sur le climat. | 
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