Des forages ont été réalisés dans les deux calottes glaciaires de la Terre, les inlandsis. Ils ont débuté en 1966 au Groenland et en 1968 en Antarctique. Ces forages nous livrent des carottes de glace qui sont de véritables archives du climat passé. La glace de surface est contemporaine, mais son âge augmente en fonction de la profondeur du prélèvement. De ce point de vue la calotte antarctique est plus intéressante car elle est plus épaisse (plus de 4 kilomètres au sommet du dôme de Vostok) et elle s'écoule plus lentement que celle du Groenland compte tenu de la surface de l'inlandsis (14 millions de km² contre 2,2). Cette glace correspond à une accumulation nivale vieille de plus de 700 000 ans. De minuscules bulles d'air y sont emprisonnées et révèlent la composition de l'atmosphère de l'époque. Ainsi, on peut déterminer précisément la présence et la proportion de certains gaz comme ceux incriminés pour leur responsabilité dans l'effet de serre : le CO2 et le CH4 (méthane). Par ailleurs l'étude des isotopes de l'oxygène nous renseigne sur la température moyenne de l'atmosphère. La température joue sur le rapport O18-O16, en effet un refroidissement moyen de 1°C se traduit par une diminution de 0,67% de l'isotope O18. On peut évaluer ces variations par l'observation de taches sur le soleil qui apparaissent par contraste lorsque celui-ci connaît des éruptions violentes. Un calendrier de ces taches a été réalisé par les astronomes chinois : il est à jour et permet un recul sur plus de 2 000 ans. Les astronomes ont conçu un indice baptisé IR5 (voir ci-contre) qui, en fonction de la taille des taches, de leur coalescence et de leur permanence, traduit l'intensité de l'activité solaire. L'étude de l'activité solaire depuis 1892 montre une tendance de fond à la hausse. Ainsi, si le réchauffement existe, il ne serait pas exclusivement d'origine anthropique.

Pendant les trois siècles du Petit âge glaciaire, on observe une activité solaire très faible avec un étiage