Pomenované po Milutinovi Milankovičovi, matematikovi, ktorý ich popísal ako prvý, sú Milankovičove cykly pomalé variácie v rotácii a náklone Zeme. Tieto cykly zahŕňajú zmeny v tvare obežnej dráhy Zeme, ako aj uhla a smeru osi, na ktorej sa Zem otáča. Tieto variácie sa vyskytujú pomaly a pravidelne a spôsobujú cykly zmien v množstve slnečného žiarenia (tepla), ktoré sa dostáva na Zem. Vedci sa domnievajú, že tieto cykly môžu ovplyvniť dlhodobé poveternostné vzorce alebo podnebie.
Výstrednosť
Excentricita meria odchýlky na eliptickej (predĺženej) obežnej dráhe Zeme od symetrickej kruhovej dráhy. Ak je výstrednosť nulová, obežná dráha je kruhová. Keď sa obežná dráha stáva viac eliptickou, približuje sa jej výstrednosť k jednej. Dve najdôležitejšie vzdialenosti medzi Zemou a slnkom sú opísané ako perihélium alebo bod na obežnej dráhe Zeme, keď je najbližšie k slnku, a afélium, alebo keď je najvzdialenejší. Rozdiel medzi týmito vzdialenosťami sa nazýva výstrednosť. Excentricita Zeme sa pohybuje od 0,0005 do 0,06. Čím väčšie je toto číslo, tým viac slnečného žiarenia sa dostane na povrch Zeme. Cykly výstrednosti trvajú medzi 90 000 až 100 000 rokmi.
Obličnosť
Uhol zemskej osi sa označuje ako jeho šikmosť. Keby sa šikmosť Zeme rovnala nule (vôbec žiadny sklon), Zem by nemala žiadne ročné obdobia, pretože by nenastali žiadne teplotné zmeny. Počas zimy je severná pologuľa (kde je väčšina zemskej masy Zeme) naklonená od slnka, aby prijímala slnečné žiarenie vo väčšom uhle. To má za následok chladnejšie teploty a extrémnejšie teplotné zmeny. Počas leta je pevnina naklonená smerom k slnku, čo má za následok vyššie teploty a menej extrémne zmeny. Cykly šikmosti trvajú 40 000 rokov a samotný sklon sa pohybuje od 22 do 24,5 stupňov.
Precesia
Precesia popisuje mierne zakolísanie v zemskej osi spôsobené mesiacom a inými planétami v slnečnej sústave. Precesné cykly menia časy perihélia a afélií, čo spôsobuje nárast a pokles sezónneho kontrastu. Keď je pologuľa orientovaná na Slnko v perihéliu, vzniknú extrémne rozdiely v ročných obdobiach a tento vzorec sa na opačnej pologuli obráti. Os Zeme sa kolíše v cykloch, ktoré trvajú 26 000 rokov.
Podnebie
Kombinované účinky cyklov výstrednosti, šikmosti a precesie spôsobujú zmeny v poveternostných podmienkach na Zemi. Zem je v aféliu od Slnka vzdialená 5 miliónov kilometrov (3 milióny míľ), než v perihéliu. V súčasnosti sa leto na severnej pologuli vyskytuje blízko aféliu, takže teplotné rozdiely sú menej extrémne a podnebie je mierne. Pred šestnástimi tisíckami rokov sa na severnej pologuli vyskytovala zima na aféliu a boli tu extrémne teplotné rozdiely. Vedci sa domnievajú, že tieto rozdiely môžu byť zodpovedné za pohyb ľadovcov, ktoré opakovane postupujú a ustupujú cez kontinenty a majú vplyv na dlhodobé klimatické cykly Zeme.