A globális lehűlések kialakulásának okai viták alapját képezik, csakúgy mint a glaciális-interglaciális időszakok váltakozása.

A legelfogadottabb elmélet szerint a bolygó általános éghajlata három tényező kombinációjától függ:

• a légkör összetétele (általában azt mondják, főleg a szén-dioxid és metán mennyisége, de nagyon jelentős még a vízgőz)
• a kontinensek elhelyezkedése
• a bolygó pályájának vagy forgástengelyének megváltozása (Milanković-elmélet), esetleg a Nap helyzete a galaxisunkban

Az első tényező felelős leginkább a változásokért, főleg az első nagy globális lehűlés esetében volt így. A jégbolygó-elmélet szerint a késő proterozoikum időszakában bekövetkező rendkívül fagyos időjárás a szén-dioxidszint megváltozása miatt következett be, a másik két faktor hasonlóan kedvezőtlen értéke mellett. A légkör hatásainak modellezése alkalmával legtöbbször nem veszik figyelembe a vízpára-vízgőz üvegházhatását, holott ez – jóval nagyobb mennyisége és koncentrációja miatt – sokkal jelentősebb hatású, mint a CO₂ mennyisége.

Az Antarktisz területén levő szárazföldre bizonyosan szükség van egy globális lehűlés kialakulásához. Ezeken a jég és hó könnyebben alakul ki és marad meg, és ez megnöveli a Föld fényvisszaverő képességét (albedo) és ezzel további lehűlést von maga után. Ennél is sokkal fontosabb azonban, hogy a póluson elhelyezkedő szárazföld megakadályozza a tengeráramlatok szabályos hőkiegyenlítő folyamatait. A meleg áramlatok nem jutnak el alacsonyabb szélességekre, és nem szállítanak hőt oda, illetve a hideg visszaáramlás nem távolítja el a lehűlt vizet. A víznek sokkal nagyobb a hőkapacitása, mint a levegőnek, ezért a szelek nem szállíthatnak elegendő hőmennyiséget a pólusra. Ennek eredménye lesz a lehűlés, ami eztán pozitív visszacsatolással erősödik a megmaradó hó és a kisebb párolgás miatt kisebb mennyiségű vízpára miatt.

A Föld pályájának megváltozása valószínűleg nem annyira a globális lehűlésekre, hanem a glaciális-interglaciális időszakokra van hatással.