Pour connaître les climats du passé, les géologues recherchent des traces "fossilisées" qui témoigne d'un climat. Les géologues utilisent fréquemment le principe de l'actualisme : on observe actuellement des phénomènes (géologiques ou relevant du vivant) liés à un climat ou un environnement et on considère que, si on retrouve ce phénomène dans le passé, il est un marqueur qui révèle ce climat ou cet l'environnement.

Ces marqueurs climatiques peuvent être :

• géologiques :
  • des roches caractéristiques d'un climat actuel. On considère que ces roches se sont fomées par le passé dans des conditions similaires, c'est le principe de l'actualisme. Exemples :
    - la latérite (argile rouge riche en fer et bauxite) caractéristique des climat tropicaux,
    - les dépôts de gypse et / ou de sel, présents dans les lagunes des régions arides où l'évaporation est plus importante que l'apport d'eau (actuellement dans les lagunes à l'Ouest d'Abu-Dhabi),
    - le charbon caractéristique des zones inondables peu oxygénées,
    - les tllites (vestiges de moraines glaciaires).
  • des formes d'érosion, comme les vallées en U glaciaires et les stries sur les roches : c'est deux phénomènes sont des marqueurs de l'existence d'un glacier.
  • des formes de dépôts, comme les lits croisés de sables dunaires visibles dans les champs de dunes aux Emirats (image ci-contre près de Ras Al Khaymah).
• fossiles végétaux ou animaux, traces de vivants peuvent être caractéristiques d'un climat comme des traces de végétation de mangrove et des osssements de crocodiles sont des marqueurs d'un climat tropical, etc.