Az elmúlt ezer év kezdete hozzávetőleg egybeesik a mintegy 300 évig tartó Középkori Klímaoptimum időszakával. Ebben az időszakban a hőmérséklet az ismert éghajlatú területeken hasonlított a mai, ember által tovább melegített klímához.

A 9. századtól Európa-szerte ismét melegebbre fordult az idő. Ez a „klímaoptimum” a mainál mintegy 1°C-kal magasabb átlaghőmérséklettel, s ami ennél is fontosabb, a korábbinál jelentősebb mennyiségű csapadékkal járt. A jégbe zárt korabeli levegő kémiai elemzése, régészeti és levéltári adatok alapján a kutatók arra a következtetésre jutottak, hogy Észak-Európában a 8. század végétől a 12. század végéig mind a levegő, mind a tengervíz hőmérséklete 3-4 fokkal magasabb volt a mainál. Ez tette lehetővé a viking kirajzást, előbb Izland, majd Grönland, később pedig az észak-amerikai kolónia, Vinland benépesítését, az Északi-tenger felfedezését egészen a Spitzbergákig és Novaja Zemljáig.

Azonban ez a klíma csak Európában volt kedvező, vagy legalábbis kellemesen élhető. Amerika egyes térségeiben olyan intenzív aszályok voltak, amelyek hozzájárultak egész kultúrák pusztulásához. Az egyik ilyen példa a maják története, akik a mai Mexikó területén éltek Közép-Amerikában. Mintegy kétezer éves virágzás után a maja városok többsége Kr. u. 750 és 950 között elnéptelenedett. A Karib-tenger üledékei ebből az időszakból sok éven át tartó erős aszályokról tanúskodnak. A kontinens közvetett adatai szerint ezek voltak az utóbbi ezer év legerősebb aszályai.

A másik példa az anasazi indiánok kultúrájának a megszűnése a mai USA Négy Szeglet nevű térségében (Colorado délnyugati, Új-Mexikó északnyugati, Arizona északkeleti és Utah délkeleti sarkában). Ők eléggé terméketlen sziklákon, a Nagy Északi Út mentén kereskedésből élő népcsoport voltak, akik számára az 1200-as évek végére tette lehetetlenné a létezést az adott területen jellemző erőteljes aszály.

Természetesen mindkét tragikus folyamatban más tényezőknek, így a népvándorlásoknak (amikhez szintén hozzájárult valamilyen környezeti egyensúly megbomlása), az erőforrások szűkössé válásának stb. is szerepe lehetett. De az éghajlat romlása is tény az adott esetekben.

A 13. századtól kezdve egyre több helyről van ismeretünk az éghajlat hűvösebbé és sok helyen csapadékosabbá válásáról. Ebben a 18. századig terjedően kis jégkorszaknak nevezett időszakban Európa lakosságát járványok és éhínségek tizedelték, több hegyi falut elpusztítottak az előretörő gleccserek is. A kis jégkorszakban a hűvös éghajlat nem volt egyenletes. Ezen belül erőteljesebb lehűlések és átmeneti enyhülések váltogatták egymást.

Az éghajlat romlását először Grönlandon érzékelték, még a 12-13. század fordulóján, de legkésőbb a 13. század első felében már a Kárpát-medencében is érezhető volt a hatása. Az éghajlat kontinentálissá, azaz hűvösebbé és szárazabbá vált. A tengeri jég délebbre terjedve egyre gyakrabban zárta el az északi kereskedelmi útvonalakat, a viharok és tengerárak az Északi-tenger déli partvidékén mind sűrűbben pusztítottak.

Nyugat-Európát a 14. század első felében igen hűvös és csapadékos időjárás sújtotta. Az 1313. és 1321. közötti időszak szakadatlan esőzései országrésznyi területeket változtattak mocsárrá, ahol sem szántani, sem vetni, sem aratni nem lehetett. Emiatt Nyugat-Európa teljes területén, különösen Franciaországban és Angliában szörnyű éhínségek pusztítottak, amely több országban a kannibalizmusig fokozódott.

Átmeneti enyhülés után Európában a 16. század végén a hőmérséklet ismét csökkenni kezdett, s ez a „kis jégkorszaknak” is nevezett időszak – néhány melegebb periódussal váltakozva – egészen a 19. század közepéig tartott. Ekkoriban az éghajlat a mainál mintegy 1,5°C-kal hűvösebb és közel 20%-kal csapadékosabb volt.

A lehűlésről a korabeli festészet is megemlékezett. Nagyon sok németalföldi festményen egyértelmű a táj fagyos, téli jellege. Az angol tájképfestészetben is hideg, viharos tájra emlékeztető képek vannak többségben, s a gyakori vulkánkitörések is azonosíthatók számos képen, főképp azok keletkezési idejének ismeretében.

A kis jégkorszak okai között a naptevékenység átmeneti visszaesését és a vulkánosságot említhetjük. Az előbbi legnyilvánvalóbb megjelenési módja az 1645. és 1715. közötti, ún. Maunder-minimum volt, amikor a napfoltok csaknem mindvégig teljesen hiányoztak a Nap felszínéről, melyeket egyébként már 1610-től kezdve meg tudtak figyelni a korabeli optikai távcsövekkel. A 16. század kezdetétől egészen a Tambora vulkán 1815-ös kitöréséig jóval több vulkánkitörés fordult elő, mint azóta. Az égbolt elszíneződéséből kiszámított hatás egyértelműsége mellett erre a jelenségre utal, hogy 1816-ban tragikusan hideg nyár következett be Európában. Ez volt a „nyár nélküli év”.

A kis jégkorszakot a 18. század végén kisebb felmelegedés, ez után pedig ismét kisebb lehűlés követte. Egyik sem volt különösebben jelentős akár a megelőző ingásokhoz, akár az emberi tevékenység megjelenésével párhuzamos (nagy valószínűség szerint azzal ok-okozati kapcsolatban levő) felmelegedéshez viszonyítva. Ahogy haladunk előre az időben, úgy válnak a közvetett feljegyzések, illetve a közvetlen műszeres megfigyelések is egyre gazdagabbá. Az első hőmérsékleti megfigyelésekkel Galilei kísérletezett, ám az első, folyamatosabban használt hőmérő 1660-tól II. Ferdinánd, Toszkána nagyhercege nevéhez fűződik. Az első európai hőmérsékletmérő hálózat, az 1780-ban indult Societa Palatina, mannheimi székhellyel már Budán is fenntartott egy állomást. Az egész északi féltekére kiterjedő műszeres hőmérsékleti becslések mégis csak 1854-gyel kezdődnek. Sőt, sokak szerint csak kb. 1881-től megbízhatók az északi félgömb átlaghőmérsékletének műszeres méréseiből származó eredmények.

Az alábbiakban mégis ennél régebbre tekintünk vissza, mégpedig az IPCC (2007) Jelentésben összefoglalt közvetett, később műszeres források alapján (1. ábra). Ezekre a nagyon régi korokra még inkább igaz, hogy a térben és időben hiányos megfigyelésekből legfeljebb a változásokat tudjuk rekonstruálni, magukat az eredeti térbeli átlagokat sokkal kevésbé. Ezért csak az 1961-1990-hez viszonyított megváltozásokat (és a sokféle rekonstrukció egymáshoz viszonyított eltéréseit) tudjuk bemutatni. Az egyes rekonstrukciók között bizony egyes időszakokban akkorák az eltérések, mint maga a végbement változás, míg más esetekben a módosulás meglehetősen egyértelmű.

A 20. század hőmérsékleti trendje nyilvánvalóan kiemelkedik a megelőző kb. 900 év rekonstruált ingadozásából. E nélkül a nagy valószínűséggel emberi eredetű változás nélkül a hőmérséklet az ipari forradalom előtt csupán egyes rekonstrukciók szerint mutatott hasonlóan gyors változásokat, a rekonstrukciók átlagában, illetve statisztikus zömében nem. Az ábra tanúsága szerint ugyanis az ipari forradalmat megelőzően összesen mintegy -0,3°C hűlés volt jellemző, ami több mint egy nagyságrenddel lassúbb (-0,03°C/100 év) a mostani +0,74°C/100 év melegedési ütemnél.

A 2. ábra már nem csak a megfigyelések alapján rekonstruált adatsorokat tartalmazza, hanem a külső éghajlati kényszerek ismert részének hatása alatt a fizikai folyamatokat megjelenítő matematikai modellekben kialakuló északi félgömbi átlaghőmérséklet alakulását is. Megfigyelhető, hogy a 13-14. századtól kezdve a fél-egy évszázados változások már jól egybeesnek a modellek és a rekonstrukciók hibasávjai között. Más szóval a naptevékenység, a vulkánosság (az utóbbi évszázadban) alakulásával a történések földi átlagban jól magyarázhatók. Ez azért is fontos, mert ez valószínűsíti, hogy a 20. században megfigyelt változásokat is ugyanilyen jól rekonstruáljuk, vagyis az utóbbi évtizedek felmelegedésének az okát biztosan nem ezekben a jól ismert, de a modellekben tegyük fel rosszul számított természetes folyamatokban kell keresnünk.

A rekonstruált sorok nem csupán a származtatás mikéntjében különböznek, de esetenként abban is, hogy egész évre (8 forrás), vagy csak a nyárra (4 forrás) jellemző közvetett információn alapszanak, illetve csak szárazföldi, vagy tengeri területekre is vonatkoznak-e. (Az utóbbi esetben ugyancsak 8:4 az arány, a jelzett sorrendben.)