La paléoclimatologie est la science qui étudie la climatologie des ères passées, sur des milliers ou millions d'années. En fournissant des indicateurs globaux ou locaux du climat passé, la paléoclimatologie alimente le débat sur divers thèmes actuels, tels le réchauffement planétaire.
Le terme « paléoclimat » désigne un climat ancien, par opposition au climat actuel, à l'échelle des temps géologiquesss. L'étude des flore et des fauness fossiles en tant que est à l'origine de la paléoclimatologie. On a par ailleurs tenté d'établir les conditions environnementales générales à une période donnée, notamment en terme de paléotempératures. La théorie astronomique des paléoclimats vise à intégrer les informations sédimentologiques avec les déterminants astronomiques (variation de l'insolation) pour reconstituer des paléoclimats cohérents avec les autres données de l'histoire de la Terre (évolution, tectonique des plaques, etc.)