Paleoenvironmentální rekonstrukce (také známá jako paleoklimatická rekonstrukce) odkazuje na výsledky a vyšetřování prováděná s cílem zjistit, jaké jsou podnebí a vegetace v určitém čase a místě minulost. Podnebí, včetně vegetace, teploty a relativní vlhkosti, se v průběhu času značně lišily od nejranějšího lidského bydlení planety Země, jak z přírodního, tak z kulturního hlediska (vytvořeného člověkem) příčiny.
Klimatologové primárně využívají paleoenvironmentální data k pochopení toho, jak se změnilo prostředí našeho světa a jak se moderní společnosti musí připravit na budoucí změny. Archeologové používají paleoenvironmentální data, aby pomohli pochopit životní podmínky lidí, kteří žili na archeologickém místě. Klimatologové těžit z archeologických studií, protože ukazují, jak se lidé v minulosti naučili, jak se přizpůsobit nebo nepodařilo se přizpůsobit změnám životního prostředí a tomu, jak způsobily změny v životním prostředí nebo je zhoršily akce.
Data, která sbírají a interpretují paleoklimatologové, se nazývají proxy, stand-iny pro to, co nelze přímo měřit. Nemůžeme cestovat zpět v čase, abychom změřili teplotu nebo vlhkost daného dne, roku nebo století a tam nejsou žádné písemné záznamy o klimatických změnách, které by nám poskytly ty podrobnosti starší než pár set let. Místo toho se paleoklimatičtí vědci spoléhají na biologické, chemické a geologické stopy minulých událostí, které byly ovlivněny podnebím.
Primárními proxy používanými vědci v oblasti klimatu jsou pozůstatky rostlin a zvířat, protože druh flóry a fauna v regionu označuje klima: myslete na lední medvědy a palmy jako indikátory místního podnebí. Identifikovatelné stopy rostlin a zvířat se pohybují v rozsahu od celých stromů po mikroskopické rozsivky a chemické podpisy. Nejužitečnější pozůstatky jsou ty, které jsou dostatečně velké, aby je bylo možné identifikovat podle druhů; moderní věda byla schopna identifikovat předměty tak malé jako pyl zrna a spory rostlinných druhů.
Proxy důkaz může být biotický, geomorfní, geochemický nebo geofyzikální; mohou zaznamenávat údaje o životním prostředí, které se pohybují v čase od ročního, každých deset let, každého století, každého tisíciletí nebo dokonce více tisíciletí. Události, jako je růst stromů a změny regionální vegetace, zanechávají stopy v půdách a rašelinových ložiscích, ledovcovém ledu a morainech, jeskynních formacích a na dně jezer a oceánů.
Vědci se spoléhají na moderní analogy; to znamená, že porovnávají zjištění z minulosti s těmi, která byla nalezena v současných klimatických podmínkách po celém světě. Existují však období ve velmi starověké minulosti, kdy se klima úplně lišilo od toho, co se na naší planetě v současnosti prožívá. Obecně se tyto situace zdají být důsledkem klimatických podmínek, které měly extrémnější sezónní rozdíly, než jaké jsme dnes zažili. Je obzvláště důležité si uvědomit, že hladiny oxidu uhličitého v atmosféře byly v minulosti nižší než ty, které jsou dnes přítomny, takže ekosystémy s méně skleníkový plyn v atmosféře se pravděpodobně chovala jinak než dnes.
Archeologové se zajímají o klimatický výzkum od doby, kdy Grahame Clarková v roce 1954 pracovala ve Star Carru. Mnoho z nich pracovalo s vědci v oblasti klimatu, aby zjistili místní podmínky v době okupace. Trend identifikovaný Sandweissem a Kelleyem (2012) naznačuje, že vědci v oblasti klimatu se začínají obracet k archeologickým záznamům, aby pomohli s obnovou paleoenvironmentálních podmínek.