Meteorologische instituten, zoals het KNMI, doen sinds anderhalve eeuw dagelijks waarnemingen. Over het klimaat van vóór die tijd vinden onderzoekers aanwijzingen in oude documenten, jaarringen van bomen en boringen in gletsjers, ijskappen en diepzeesedimenten. Deze geven informatie over het gemiddelde klimaat, maar ook over klimaatschommelingen en klimaatveranderingen. Veranderingen zijn er in alle soorten en maten. Sommige komen alleen in een klein gebied voor, andere zijn wereldwijd, sommige zijn relatief snel, andere langzamer. Om twee voorbeelden te noemen: El Niño komt eens in de drie à zeven jaar voor, terwijl IJstijden typisch zo'n honderdduizend jaar duren. Natuurlijk is ook de grootte van de veranderingen en de snelheid waarmee ze plaatsvinden van belang. De laatste jaren is de belangstelling voor klimaatmetingen sterk toegenomen door de aandacht voor de invloed van de mens op het klimaat. Daarom wordt er gewerkt aan verbetering van de waarnemingsnetwerken. Aardobservatie met satellieten speelt een belangrijke rol hierbij.