Nazvani po Milutinu Milankoviću, matematičaru koji ih je prvi opisao, Milankovićevi ciklusi su sporo mijenjanje rotacije i nagiba Zemlje. Ti ciklusi uključuju promjene oblika Zemljine orbite, kao i kut i smjer osi na kojoj se Zemlja okreće. Te se varijacije događaju polako i redovito, uzrokujući cikluse promjena u količini sunčevog zračenja (topline) koja dolazi do Zemlje. Znanstvenici vjeruju da ti ciklusi mogu utjecati na dugoročne vremenske obrasce ili klimu.
Ekscentričnost
Ekscentričnost mjeri odstupanja u eliptičnoj (izduženoj) orbiti Zemlje od simetrične, kružne orbite. Ako je ekscentričnost nula, orbita je kružna. Kako orbita postaje eliptičnija, njena se ekscentričnost približava jednoj. Dvije najvažnije udaljenosti između Zemlje i Sunca opisane su kao perihel ili točka u Zemljinoj orbiti kada je najbliža Suncu i afel ili kada je najudaljenija. Razlika između ovih udaljenosti naziva se ekscentričnost. Ekscentričnost Zemlje varira od 0,0005 do 0,06, a što je taj broj veći, to više sunčevog zračenja doseže površinu Zemlje. Ciklusi ekscentričnosti traju između 90 000 i 100 000 godina.
Obligity
Kut Zemljine osi naziva se njezinim nagibom. Da je kosost Zemlje jednaka nuli (uopće nema nagiba), Zemlja ne bi imala godišnja doba jer ne bi došlo do temperaturnih promjena. Tijekom zime, sjeverna hemisfera (gdje je većina Zemljine kopnene mase) nagnuta je od sunca, primajući sunčevo zračenje pod većim kutom. To rezultira hladnijim temperaturama i ekstremnijim temperaturnim promjenama. Tijekom ljeta kopnena masa je nagnuta prema suncu, što rezultira toplijim temperaturama i manje ekstremnim promjenama. Ciklusi kososti traju 40 000 godina, a sam nagib varira od 22 do 24,5 stupnjeva.
Precesija
Precesija opisuje lagano kolebanje u Zemljinoj osi uzrokovano mjesecom i drugim planetima u Sunčevom sustavu. Precesioni ciklusi mijenjaju vremena perihelija i afelija, uzrokujući sezonski kontrast povećanja i smanjenja. Kad je hemisfera orijentirana prema suncu u periheliju, nastaju ekstremne razlike u godišnjim dobima, a ovaj je obrazac obrnut na suprotnoj hemisferi. Zemljina os klima se u ciklusima koji traju 26 000 godina.
Klima
Kombinirani učinci ciklusa ekscentričnosti, kososti i precesije uzrokuju promjene vremenskih obrazaca na Zemlji. Zemlja je udaljena 5 milijuna kilometara (3 milijuna milja) od sunca u afeliju nego u periheliju. Trenutno se ljeto na sjevernoj hemisferi događa u blizini afela, pa su razlike u temperaturi manje ekstremne, a klima blaga. Prije šesnaest tisuća godina zima se dogodila na sjevernoj hemisferi u afeliju i postojale su ekstremne razlike u temperaturi. Znanstvenici vjeruju da ove razlike mogu objasniti kretanje ledenjaka dok se opetovano napreduju i povlače preko kontinenata, što utječe na dugoročne klimatske cikluse Zemlje.