全新世大暖期最初的定义是与北欧植被变化联系起来的，指孢粉记录所指示的全新世北方期至亚北方期的气候温暖，碳14年代为距今9500～2500年。但对全新世暖期起止时间的界定有很大差别，开始时间变化于距今11000～7500年，结束时间变化于距今5000～2500年。对全新世暖期起止时间的界定的分歧与对全新世暖期的理解和定义暖期标准的不同有关，所采用的划分暖期的温暖程度标准越高，暖期持续的时间越短。绝大多数关于全新世大暖期时段的划分并不是从全球气候总体状态确定的，而是依据所研究区域出现的气候最温暖时段确定的，但全新世期间全球不同地区达到最暖的时间存在显著的区域差异，也是分歧产生的重要原因，如北大西洋及其邻近极区，夏季温度最高值出现在早全新世（距今10000～8000年）；北半球中纬度海表温度（SST）在早、中全新世偏高，以后持续下降；靠近北美及北欧冰盖地区，最暖的时间出现得较晚，北欧及北美西北部在距今7000～5000年；赤道西太平洋、中国、新西兰、南非及南极有暖期出现较早的证据；热带大西洋、太平洋、印度洋及地中海的SST在早全新世偏低，以后逐步上升。

从全球气候系统的总体状态看，全新世大暖期大体相当于较现代更为温暖且相对稳定的全新世中期（距今8200～4200年），一般用距今6000年前后的气候作为全新世大暖期气候的代表。但全新世大暖期并不意味着所有地区具有相同的起止时间，甚至不一定所有地区最暖的时段都出现在此期间。

全新世大暖期期间，寒冷事件和山地冰川前进事件较全新世早期和晚期明显偏少；北美和欧洲大陆的大陆冰盖消融殆尽，全球山地冰川均退缩到短于现代长度的状态甚至彻底消融，海平面变化幅度较全新世早期明显减小；植被带向高纬度和高海拔扩张到最大。早期研究根据孢粉和山地林线高度推算，大暖期温度比现代高2～3℃。但北半球甚至全球不同地区温暖程度差异很大，北海、东南欧、欧亚大陆北部、中国东部，可能比工业化之前高2℃；东北欧、北美西北部、北美东南部、中国西部，则可能仅高0.2～0.5℃；南半球中纬度的塔斯马尼亚气温高出现代2℃以上；但低纬度的太平洋、北印度洋海域气温可能较今偏凉。但有一些研究估算的全新世大暖期温暖程度明显低于以上结果，认为大暖期北极地区温度与现代比较距平为0.9～2.5℃，北半球平均只有0.2～0.8℃，全球平均甚至可能为-0.5～0.5℃。

从降水状况来看，全新世中期世界许多地区比现在湿润得多，其中亚洲、非洲尤其明显。非洲和亚马孙河流域的热带雨林随着降水的增加而重新扩张，规模较现代更大。非洲撒哈拉及周边地区持续维持高湖面且多次发生外流的情况，灌木及热带草原植被生长在撒哈拉沙漠的中心地带；西亚的阿拉伯半岛湖泊发育，出现了刺槐和牧豆树等热带植被；印度西北部冬夏季降水均多于现代，发育淡水湖泊，沙丘被固定。由于亚热带地区雨带向极地方向的扩张，地中海地区的夏季降水也有明显增加，无明显的旱季，这虽不利于橄榄等适应夏季干旱环境的树木的生长，但也降低了火灾的危险；类似的情况亦见于世界其他地中海气候区，如南欧比现代湿润，澳大利亚南部的高淡水湖面和草本植物孢粉组合显示的夏季降水的增加。但伊朗西部和土耳其东部地区、北美的落基山和密西西比河之间的普雷里草原等地区的气候较现代更为干旱。