由于20世纪90年代是有记载以来全球气温最高的年份，就使得“人类活动对自然的影响”这一问题成了研究热点。但是从有记载的年代起，大气就已经不断地被温室气体污染，所以对于引起20世纪气温剧变的原因很难简单确定。不过我们可以在不考虑现代人类影响的情况下，看一看变暖的20世纪之前的1000年里气温是如何变化的呢？表面看来，答案可能很简单，20世纪变暖之前是一个“小冰期”，再向前就是所谓的“中世纪变暖期”了。不过要深入探讨这个问题，那么答案就不仅仅是这么简单了，还有很多问题需要进一步研究。
莱姆是第一个提出存在从公元1000年到1300年的“中世纪变暖期”的科学家，但是他的证据不是很确凿，他所得出的这段时期的特征是温暖的冬天和干燥的夏天的证据仅仅只是基于西欧的记载，然而“中世纪变暖期”是指全球现象。对于是否存在“中世纪变暖期”这一问题，目前还没有找到足够的证据。在其后的几年里休斯和戴兹通过研究认为，不可能找到证明在全球范围内某段时期存在某种气温占优势的证据，这一结论现在也还没有被否定。
不过虽然目前还没有找到证据，但是也不能排除从公元1000年到1300年的这段时期内，至少是在部分年代里存在着相对的全球变暖期。从格陵兰和南极洲上进行的高精度的陆上凿孔测温试验，结果说明在公元1000年左右，这些地方的气温的确比后来年代的高。不过不同地方的古地质学记载可能会给出了不同的结果，例如，南半球的树的年轮数据就不能说明在公元1000年左右是一个变暖期；但是北半球高纬度的树的年轮数据表明这些地方在这个时期气温的确很高，至少夏季如此，另外北大西洋的海洋记载也说明了这一结论。
对于中世纪是否真是一个全球范围的变暖期，虽然目前还没有获得足够的证据，但是它可能是存在的，并且可以肯定的是它不是由于人类活动所引起的。从宇宙同位素数据（10Be和14C）来看，公元1000年左右太阳活动的确比较剧烈（辐射高），另外那时地球也正处在近日轨道上，这些现象表明至少是在北半球的夏季，这段时间内日光照射的强度相对较高，在此之后太阳活动就开始降低，只是到了20世纪的后半叶，太阳活动的强度才又达到了与中世纪相当的水平，这一点对于全球目前气温的分析是很重要的。
在中世纪之后的气温变化是怎样的呢？在此之后，到了16世纪中期，全球的气温总体来说是开始下降，这可以从全球的高山冰川的变化来说明（高山冰川是气温变化的比较敏感指示物），从这时开始，全球高山冰川总体是开始增加的。从此时开始的全球广泛的冰川增长期，就被称为“小冰期”，它在全球大多数的地方一直持续到了19世纪的中期至后期。
不过即使是在这个气温总体降低的时期内，也还是存在一些气温较高的年代，例如18世纪就比其前后年代的气温高。在这期间的某些年代里，还出现了冬天很冷，而夏天却相对较热的状况，另外不同地方的气温差别也很大，有些地方很冷，可是别的地方却很热。已有的证据表明，中世纪之后的第一次冰川增长期，有些地方早在13世纪就开始了，在另外的地方到14世纪才开始，甚至有些地方是到15世纪才开始的。不过不管以何时作为“小冰期”的起点，有一点毫无疑问，就是其终点应该在20世纪初，因为从这时起世界上所有的冰川都开始在减少。
不过怎样来定量化处理这些气候的变化呢？气候变化的原因又是怎样的呢？目前根据很多的资料如树的年轮、冰川、海底的珊瑚和沉积物，以及历史上的一些文字记录等等，已经建立了几套带有各种古地质数据的全球大范围温度变化的状态图。从这些图上可以看出从公元1000年（甚至更早）到1900年左右总体上地球的气温是降低的，可是到了20世纪，气温则显著地上升，这次气温升高是最近1000年来气温上升最快的。陆上凿洞测温数据也显示出在400至500年前一段时期是气温较冷的年代，而20世纪则是一个很热的时期，不过温度变化与凿洞位置的关系还有待进一步确定。凿孔位置是推测过去气温变化时需要考虑的一个因素，另外也还得考虑大气痕量气体和浮质这两个因素。
很多现象表明海洋在过去的1000年中对于气温的变化也起了很大的作用。布鲁克尔（Broceker）等人假设“小冰期”北大西洋海水的深度降低，而在|“中世纪变暖期”深度增加，并且北方洋面和南方洋面之间水深的变化呈振动关系，因而与北方洋面相反，“中世纪变暖期”南方洋面的深度降低，而“小洋期”则增加。不过目前还没有在南方洋面找到这样的证据，但是在更大的水面上，至少是在罗斯海上已找到有关“小冰期”的一些很有趣的证据。在泰勒区（不是在南极冰核的位置）凿洞测温数据说明了此地在“小冰期”气温较高，而在“中世纪变暖期”气温低，这些现象与每1400年到1500年为周期的北极上冰的增加的关系还有待进一步研究。“小冰期”是不是可能仅仅只是在全新世内无数洋面振动中的一个，以及它是由海洋体系动力还是“准规则”的其他外力所引起的，这些都也还有待进一步研究。
有关过去1000年里气温自然变化的关系还有很多问题需要研究。不过有一个无可争辩的事实是：在过去1000年中，20世纪的气温是以一个全无所有的速度升高的，20世纪后半叶的气温可能是几千年来最热的50年。关于20世纪气温急剧变化的原因，就目前的研究来看，人类活动所产生的温室气体起着很大的作用。如果假设现在大气中CO2的浓度在下个世纪里还会再增加一倍，那么可以说，在刚过去的一个千年里全球气温的变化，即便是像20世纪这样气温急剧的升高，相对于不久气候所要发生的变化来说，那也不过只是小巫见大巫。