20世纪初，著名德国地质学家彭克和他的助手仔细研究了欧洲阿尔卑斯山地区的地质资料，发现在最近大约60万年的时间内，这个地区曾经历了4次寒冷期和3次温暖期的交替。一般把冰冷期称作冰期，温暖期称作间冰期，彭克的发现就被描述为在阿尔卑斯山地区存在4次冰期和3次介于其中的间冰期。
地质学把最近200万年时间称作第四纪，研究这段时间的地质情况的地质学家就叫第四纪地质学家，彭克即为其中非常杰出的一位。当时，世界各地的地质学家都把彭克的研究奉为典范，在北欧、北美和亚洲等地纷纷建立起与彭克的研究类似的具有4次冰期的第四纪气候变迁的经典模式。
那么，自然有人要问：为什么在过去60万年时间里会出现4次冰期呢？换句话说，地球的气候为什么会在60万年时间里经历4次冷暖交替呢？而且，在这之前是否同样存在冷暖交替？在这之后呢？
有一位名叫米兰柯维奇的南斯拉夫科学家试图解答上述问题。米兰柯维奇把目光瞄准了地球轨道三要素的变化。他认为，如果地球围绕太阳运转的轨道发生变化，哪怕这种变化是微小的，也会使得地球所接收的太阳辐射量发生变化，从而引起气候变化。事实证明，他的眼光是极其敏锐的。
我们先来看看什么是地球轨道三要素。
地球沿着椭圆形轨道绕太阳公转，这个椭圆形轨道可能很“圆”，也可能很“扁”，这或“圆”或“扁”的程度用偏心率е来表示。е介于0和1之间，е越小说明轨道越“圆”，е越大说明轨道越“扁”。е=0表示轨道是正圆，е=1则表示轨道无限“扁”，成了一条直线。实际上地球公转轨道一般是接近正圆而稍稍有点“扁”，所以е的值一般是接近于0的一个很小的数。目前地球公转轨道的偏心率е=0.0167.
偏心率е的变化周期约为10万年左右。
地球一方面沿着自转轴（或叫地轴）自转，另一方面又围绕太阳公转。地球绕太阳公转的轨道所形成的平面叫做黄道面。地球在自转的过程中，自转轴有可能“立”在黄道面上，即垂直于黄道面；也有可能“躺”在黄道面上，即自转轴与黄道面的夹角为0度；但更多的时候是“斜插”在黄道面上，即地轴与黄道面的夹角介于0°～90°之间。地轴相对于黄道面倾斜的程度通常用“黄道倾斜”来表示。当然，黄道倾斜不是用地轴与黄道面的夹角表示的，而是用地球的赤道面与黄道面的夹角表示的，所以又叫“黄赤交争”（ε）。赤道面垂直于地轴，所以地轴与黄道面的夹角和黄赤交角ε是互补的，即两者之和等于90°。如现在的黄赤交角ε=23°7′，则地轴与黄道面的夹角为66°33′。
黄赤交角的变化周期大约是4.1万年。
地球的自转轴在地球中的位置也不是固定不变的，由于受到太阳、月亮和其他天体的引力作用，地轴的位置也不断地发生移动，这种移动不是平行移动，而是绕着某根轴（黄极）的“摇头运动。”这样，相应的赤道面、黄道面也缓缓地移动，其结果使得地球轨道上的季节位置不断前移，这就是“岁差”（ρ）。岁差运动使地球的北极指向发生变化，目前是指向北极星（小熊座α），而2000年后将指向仙王座γ。
岁差的周期大约是2.1万年。
偏心率（е）、黄赤交角（ε）和岁差（ρ）合起来成为地球轨道三要素。
在20世纪初，天文界已经掌握了地球轨道三要素在过去60万年内变动的规律。米兰柯维奇就想：如果算出地球在过去60万年里，由于地球轨道三要素变化导致的地球接受太阳辐射量的变化，再把这个变化与这60万年内的气候变化相比较，结果如何呢？如果两者有某种相似之处，就说明地球气候的变化与轨道要素变化有关。
于是他开始做这项艰苦的工作。他首先把一年分成夏半年（从春分到秋分）和冬半年（从秋分到次年的春分）。当然，米兰柯维奇所讲的冬、夏都是以北半球为准的。实际上北半球与南半球的季节正好相反：当北半球的中国等地处于寒冷的冬季时，南半球的澳大利亚等地恰好是炎热的夏季。因此，这里所说的夏半年实际上包括北半球的夏半年和南半球的冬半年；而这里所说的冬半年则包括北半球的冬半年和南半球的夏半年。
米兰柯维奇以当时天文界所掌握的地球轨道三要素在过去60万年的变动规律为基础，推出了一系列计算太阳辐射量的数学公式，在没有电子计算机的困难条件下，他花了整整20年功夫，终于成功地算出了过去60万年内，不同纬度地区，由于地球轨道三要素的变动所引起的天文辐射夏半年和冬半年总量的变化曲线。
这里，所谓天文辐射是指太阳投射到大气圈上界的辐射量。米兰柯维奇把太阳辐射量的变化转化为相应的温度的变化；然后他又把太阳辐射量转化为相应的纬度的变化。这是一个相当复杂的过程。
于是，在米兰柯维奇面前呈现着两种来源完全不同的资料：
一方面，地球轨道三要素的变动是自然的，实实在在的。人们可以借助有关仪器观测到这种变动，也可以通过天体力学的公式计算出这种变动。而现在，米兰柯维奇又把这种变动所引起的全球各地冬、夏半年的太阳辐射量的变化计算出来了。应该说，这个变化也是客观存在的事实。
另一方面，由彭克等地质学家所提供的第四纪气候变迁的经典模式也是实实在在的、证据充分，因为这些资料也不是人们凭空捏造的。
米兰柯维奇把两者的曲线进行比较，发现两者具有某些相似性。于是，米兰柯维奇确信：第四纪气候变迁的原因是地球接受的太阳辐射量变化的结果，而太阳辐射量的变化又是由地球轨道三要素变动所引起的。这就是著名的“米兰柯维奇理论”，简称“米氏理论”。这一理论实际上是后来蓬勃发展的天文气候学的雏形。
米兰柯维奇能创造这一理论不是偶然的。他学识非常渊博，对气候学、数学、天文学和第四纪地质学都相当精通，所以能集古今之大成，在科学的发展道路上开辟新的纪元。
当米氏理论被广泛承认的时候，一个问题也接踵而至。
米兰柯维奇等科学家的计算（包括当代用计算机计算的最精确的结果）表明，太阳辐射量的变化是冬、夏恰好相反的，北半球和南半球也恰好相反。换句话说，当北半球的冬半年的太阳辐射量增加时，与此同时北半球的夏半年的太阳辐射量便减少。反过来也是这样。
按照传统观点，如果地球表层所获得的太阳辐射量增多，那么地球表面的温度便相应地上升；反之亦然。这似乎是顺理成章的事。既然科学家计算出冬、夏半年的太阳辐射量的变化是相反的，那么，冬、夏半年的温度变化也应该是相反的。也就是说，当冬季增温时，夏季应该降温；而冬季降温时，夏季应该增温。
可是，地质学家所揭示的事实却不是这样的。1981年，我国科学家徐钦琦把过去13万年内各地的氧同位素汇集在一起，它们清楚地表明：气候变迁是全球性的，冬、夏温度的变化方向和变化模式是大体相似的。即当冬季变冷时，夏季也变凉，而当冬季变暖时，夏季则变得更热了。而且，冬、夏温度变化的幅度也相当接近。其他科学家的研究也说明了这一点。
这究竟是怎么一回事？国外有科学家称之为“地质证据与理论的明显冲突”，而徐钦琦称它为“事实对传统观点的挑战”。于是，徐钦琦经过反复研究，总结出天文气候学的两个定律：当北半球冬半年的全球各地太阳辐射量的平均偏离量减少时，全世界的冬季温度便随之下降；反之亦然。这是天文气候学第一定律。
当北半球夏半年的全球各地太阳辐射量的平均偏离量增多时，全世界的夏季温度不仅没有增高，反而降低了；反之亦然。这是天文气候学第二定律。
有了天文气候学两定律，许多以前难以解释的现象就迎刃而解了。
天文气候学第一定律告诉我们，地球北半球的冬半年所接收的太阳辐射量的变化与气温成正比。倒数第三次冰期特别冷，冰川范围也特别广，为什么？天文学家的计算表明，这期间北半球冬半年的太阳辐射量达到了比较突出的小值阶段。在“北京人”生活的那个阶段，温暖期和寒冷期为什么都不那么突出呢？计算结果很清楚地表明，这期间北半球冬半年的太阳辐射量既没有突出的大值阶段，也没有突出的小值阶段的，所以那几个阶段气候既不十分炎热，也不十分寒冷。
米兰柯维奇理论加上天文气候学两定律，对于解释最近100万年内的气候变迁是非常成功的。可再往前推，要解释300万年、500万年乃至6000万年甚至数亿年前的气候变迁，就无能为力了。
于是，新的理论应运而生了。
我国科学家徐钦琦运用他创立的天文气候学两定律，分析了地球一亿年来的气候变迁。他的分析表明，在一亿年前左右，也就是最近两亿年内气候最暖和的时期，地球的黄赤交角很小，可能在5°～15°之间即在10°左右。所以，一亿年来，黄赤交角有一个从10°增大到23°27′的过程。在此期间：
①在低纬度地区，也就是赤道附近，地面获得的太阳辐射热总体上稍有减少，因此其温度也稍有下降。实际上，赤道附近一亿年来的气候变化不太大。
②在中纬度地区，地表所获得的冬半年的太阳辐射热减少了，于是其冬季温度也下降了，这与天文气候学第一定律相容（地面温度与所获得的冬半年太阳辐射量成正比）；但该地区所获得的夏半年的太阳辐射热是增加的，故该地区的夏季温度虽变化不大，但也稍有下降，这与天文气候学第二定律相容（地面温度与所获得的夏半年太阳辐射成反比）。
③在高纬度地区，地表所获得的冬半年的太阳辐射热明显减少，于是该地的冬季温度急剧下降，这与天文气候学第一定律相容；该地区所获得的夏半年的太阳辐射热是增加的，但其夏季温度虽没有冬季下降得那么厉害，毕竟也显著下降了，这与天文气候学第二定律相容。
从上面的叙述可以看出，当黄赤交角增大时，全球各地都会变冷。但是，夏季温度下降比较小，冬季温度下降比较多，所以冬夏温差是随降温而逐渐扩大的；又由于纬度越高，降温越厉害，所以，南北温差也随着降温而扩大。这是最近一亿年来的气候变迁的总趋势。