Metody pomiarów thumb|right|Zmiany wzajemnego stężenia izotopów tlenu w ciągu ostatnich 540 mln lat. thumb|right|Otwornice. Dla czasów historycznych czasem dostępne są pośrednie dane meteorologiczne (np. informacje o historycznym zasięgu lodowców górskich lub terminach zbiorów). Dla bardziej zamierzchłych czasów jedyną możliwością badania klimatu jest opieranie się na wskaźnikach pośrednich, takich jak wzajemne stężenie wapnia i magnezu absorbowanego przez organizmy wodne. Skład atmosfery może być określony na podstawie bąbelków powietrza uwięzionych w rdzeniach lodowych, a wysokość poziomu morza za pomocą pomiaru osadów ze strefy wybrzeża lub wzajemnych stężeń stabilnych izotopów tlenu.
Stabilne izotopy węgla Węgiel ma dwa stabilne izotopy (12C i 13C) oraz jeden radioaktywny o długim czasie rozpadu 14C. Na Ziemi ilość 13C jest ok. 100-krotnie mniejsza od najpowszechniej spotykanego izotopu 12C. Lżejsze atomy węgla łatwiej wchodzą w reakcje, więc w organizmach żywych ich stężenie jest większe niż w otoczeniu. Osady powstałe z roślin (w tym paliwa kopalne) mają większy udział 12C niż ówczesny ocean, atmosfera czy litosfera.