過去の気候変動において内部因子が重要な役割を果たしたのと同様、自然起源の外部因子も重要であるのは明らかである。
自然の外的要因でもっとも主なものは太陽活動による放射量の変化であるが、地球に届く太陽放射量は、地理的、時間的に分布に均一ではない。太陽放射量は、太陽周期により短い時間スケール（1年?100年）で変化し、地球軌道の周期的な変化によって100年から1000年のスケールで変化する。さらに長い時間（1億年）で考えると、太陽自体が熱くなっていくという現象が加味される。
天体活動が地球の気候変動に与える要因として他にもいくつかの機構が提案されている。たとえば、赤道準二年周期振動(QBO)と太陽活動の関連や北極振動(AO)と太陽活動の関連などである。月の潮汐力の変化とエルニーニョ、ラニーニャとの関連も指摘されている。これは月の潮汐力が熱塩循環にも影響を与えるためともいわれている。
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地球の現在の大気は二酸化炭素濃度が370 ppm（0.037%） であるが、過去6億年のほとんどの間、大気中の二酸化炭素濃度は6000から400 ppmの間で変化しており、過去40万年間（産業革命以前）では300ppmより低かった。 過去の地質時代と比べて、現在の大気中の二酸化炭素は非常に少ない。 6億年前から現在までの地球史のなかで二酸化炭素濃度が400ppm以下なのは、石炭紀と現在の第四紀のみである。