Współczesna klimatologia przechodzi przez okres znaczących zmian, oddalając się od tradycyjnych podejść, które ograniczały się do opisu procesów. W ostatnich dziesięcioleciach społeczność naukowa dostrzegła skalę naszego wpływu na klimat Ziemi, co przyniosło ze sobą nowe wyzwania: od analizowania przyczyn zmian po opracowywanie środków łagodzących. Rozwiązanie tych problemów wymaga podejścia multidyscyplinarnego i wiedzy naukowców z różnych dziedzin, co definiuje współczesną klimatologię. Klimatolodzy aktywnie wykorzystują obserwacje głównych warstw klimatycznych – atmosfery, hydrosfery, biosfery, litosfery i kriosfery.

Każda z tych powłok jest badana przy użyciu różnych instrumentów i technologii, od automatycznych stacji meteorologicznych po systemy satelitarne. Umożliwia to zbieranie danych na temat takich elementów, jak strumienie gazów cieplarnianych, ilości lodu i innych czynników klimatycznych. Jednak narastający problem zmian klimatycznych prowadzi również do utraty ważnych „archiwów” środowiskowych zgromadzonych w lodowcach. Wraz z topnieniem lodu naukowcy tracą możliwość badania dawno utraconych danych klimatycznych, takich jak sygnały izotopowe w rdzeniach lodowych lub dawne ekosystemy. Proces ten podkreśla potrzebę starannego monitorowania i rozwijania systemów obserwacyjnych, gdyż informacje na temat przeszłości klimatycznej stają się coraz mniej dostępne.