A paleo-környezeti rekonstrukció (paleoclimate rekonstrukciónak is nevezik) az eredményekre és a - az éghajlat és a vegetáció egy adott időben és helyen való meghatározására irányuló vizsgálatok a múlt. Éghajlat, beleértve a vegetációt, a hőmérsékletet és a relatív páratartalmat, az idő során jelentősen változott a Föld bolygójának legkorábbi élőhelye óta, mind a természeti, mind a kulturális (az ember által létrehozott) okoz.
klimatológusok elsősorban a paleo-környezeti adatokat használja annak megértéséhez, hogy megváltozott a világunk környezete és hogyan kell a modern társadalmaknak felkészülniük a jövőbeni változásokra. A régészek paleo-környezeti adatokkal segítenek megérteni a régészeti lelőhelyen élő emberek életkörülményeit. A klimatológusok részesülnek a régészeti vizsgálatok előnyeiből, mivel megmutatják, hogy az emberek a múltban hogyan tanultak meg az alkalmazkodást vagy az alkalmazkodást nem tudtak alkalmazkodni a környezeti változásokhoz, és hogyan okoztak környezeti változásokat, illetve rontották őket jobbá vagy jobbá intézkedéseket.
A paleoklimatológusok által összegyűjtött és értelmezett adatokat proxyknek nevezzük, amelyek állnak azon, amit nem lehet közvetlenül megmérni. Nem utazhatunk vissza időben, hogy megmérjük egy adott nap, év vagy évszázad hőmérsékletét vagy páratartalmát, és ott is nincsenek olyan írásbeli nyilvántartások az éghajlati változásokról, amelyek néhány száz évnél régebbi adatokat adnának nekünk. Ehelyett a paleoklimát kutatók a múltbeli események biológiai, kémiai és geológiai nyomaira támaszkodnak, amelyeket az éghajlat befolyásolt.
Az éghajlatkutatók által használt elsődleges proxik a növényi és állati maradványok, mivel a növény- és növényfaj típusa egy régió fauna az éghajlatot jelzi: gondoljunk a jegesmedvékre és a pálmafákra, mint a helyi mutatókra éghajlaton. A növények és állatok azonosítható nyomainak mérete a teljes fától egészen a mikroszkopikus diatómáig és a kémiai aláírásokig terjedhet. A leghasznosabb maradványok azok, amelyek elég nagyok ahhoz, hogy a fajok számára azonosíthatók legyenek; a modern tudomány képes volt olyan apró tárgyakat azonosítani, mint a pollen szemek és spórák növényfajokra.
A proxy bizonyítékok lehetnek biotikus, geomorf, geokémiai vagy geofizikai; rögzíthetnek olyan környezeti adatokat, amelyek időtartamát évente, tíz évre, évszázadra, évezredre vagy akár több évezredre is felvehetik. Az olyan események, mint a fák növekedése és a regionális növényzetváltozások, nyomot hagynak a talajban és a tőzeglelőhelyekben, a jeges jégben és a morinában, a barlangképződményekben, valamint a tavak és óceánok fenékében.
A kutatók a modern analógokra támaszkodnak; vagyis összehasonlítják a múlt eredményeit a világ jelenlegi éghajlati viszonyaival. A nagyon ősi múltban azonban vannak olyan időszakok, amikor az éghajlat teljesen különbözött a bolygónk jelenlegi tapasztalataitól. Általában úgy tűnik, hogy ezek a helyzetek olyan éghajlati viszonyok következményei, amelyek szélsőségesebb szezonális különbségeket mutattak, mint a mai napjainkban. Különösen fontos felismerni, hogy a légköri szén-dioxid szintje a múltban alacsonyabb volt, mint a jelenlegi, tehát kevesebb ökoszisztéma üvegházhatású gázok a légkörben valószínűleg másképp viselkedett, mint ma.
A régészek már az éghajlatkutatás iránt érdeklődnek, legalább Grahame Clark 1954-ben a Star Carr-ban végzett munkája óta. Sokan együtt dolgoztak az éghajlati tudósokkal, hogy kitalálják a helyi feltételeket a megszállás idején. Sandweiss és Kelley (2012) által azonosított tendencia azt sugallja, hogy az éghajlat-kutatók a régészeti nyilvántartáshoz fordulnak, hogy segítsék a paleo környezetek újjáépítését.