全新世是第四纪期间一个典型的间冰期，以寒冷的新仙女木事件（日历年界限为距今1.29万～1.15万年）结束后气温大幅度上升为开始的标志。气候总体变化较小，但在1000年及其以下的时间尺度上，气候仍存在显著的变化。气候变化间接地控制了其他环境要素的变化，诸如植物和动物分布、海面、地貌和土壤过程等的调整，因而也控制了全新世期间的全球变化过程。

一般认为，全新世的气候变化可分为早期的增暖、中期的温暖和晚期的转冷三个阶段，对三个阶段的分界点有不同观点，大体可以距今8200年（8400～8000年）和距今4200年（4200～3800年）的气候恶化事件作为三个阶段的分界点。

以阶段性迅速升温为特征，降水也迅速增加。新仙女木事件之后，全球气候迅速转暖而进入间冰期环境，在此后不到1000年的时间里，世界许多地区的温度已达到现代水平，全球的气候已与现代相近，某些区域甚至出现较现代更为温暖的气候，如赤道西太平洋海域可能较工业化前高0.5～2℃，北半球中纬度的欧洲东南部、高纬度的极地等地区的气温可能高出工业化前2℃以上；南半球中低纬度较今高0.5～2℃；东亚地区气温与现代相当或略高。与气候变暖相适应，全球的大气环流格局与降水的地区分布亦发生重大转变。受约2万年的岁差周期影响，距今1万年前后地球在北半球的夏季经过近日点，北半球冬季接收的太阳辐射为近2万年来最弱，但夏季是近2万年来最强的，较现代多8%，北半球夏季因此更加温暖，大陆（特别是南亚大陆）受热而导致大陆低压发展，印度次大陆、西亚和北非的夏季风强度远强于现代，当时的热带辐合带（ITCZ）及与之相关的雨带显著向北摆动，使得上述地区的降水显著增加。印度北部和中国青藏高原出现了高湖面，北非植被带比今北移了10多个纬度；撒哈拉地区的降水量较现今多150～400毫米。作为对气候变暖的响应，全球海面因冰盖体积的减少而调整，并因此引起陆地湖泊、河流侵蚀基准面和海岸带生态系统的变化；温度升高和降水增加促进了植物的生长，全球的净初级生产力（NPP）和生物量也相应增加；植被和土壤的分布范围随全新世的到来而发生戏剧性的变化，即不论是温带还是热带森林生态系统均显著扩大，世界的沙漠和苔原带显著缩小，草原地带扩大，这些生态系统的变化带来了大量的昆虫、鸟类和哺乳动物。

总体较现代更为温暖且相对稳定的时期，通常称之为全新世暖期。全新世暖期最盛期可能出现在距今6000年前后。但就具体地区而言，气候达到最暖时段不一定是相同的。从降水状况来看，全新世中期世界许多地区比现在湿润的多，但有些中纬度地区，如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拉利草原等地区的气候有可能较今更为干旱。

全球气候显著变冷、变干，并在千尺度变化的背景下数度出现持续数百年的阶段性变化。全新世冰川前进事件频发，距今8200年以来的全球6次明显的冰川前进事件中有4次发生在此时期。由于降水减少，从非洲撒哈拉地区到印度西北部以至中国青藏高原与长城沿线地区，湖泊呈现面积收缩、湖面下降的趋势，沙漠则呈现扩张的趋势。

虽然全新世全球气候总体温暖，但其间也发生了一系列冷的事件。这些冷的事件具有以下特征：①具有突变性，又称快速气候变化。②一般持续数百年，是百年尺度的气候变化事件。③幅度有限，是在间冰期暖湿平均状态下的一些小幅度变化事件。全新世的快速气候变化事件可能是千年尺度上地球气候振荡的反映，具有普遍性，以及在全球广大地域的一致性，但其变化幅度比冰期的丹斯果-奥什格尔旋回（Dansgaard-Oeschegar oscillations; D-O旋回）要小。1500年周期是全新世千年尺度气候变化中最受关注的周期，自新仙女木事件以来存在的9次冷的气候事件，分别出现在距今1.11万年、1.03万年、9500年、8200年、5900年、4300年、2800年、1400年和400年，平均时间间隔约为1500年。其中，最强的2次突变事件发生在距今8200年和4200年，其降温幅度分别相当于新仙女木事件的1/3和1/4～1/5。距今8200年左右的气候突然恶化事件开始于距今8400年，于约距今8000年突然变暖而结束，持续时间约400年，该事件以寒冷、干旱和风力增强为特征，波及从热带低纬大洋到高纬极地的众多区域，使得全球很大范围内出现凉、干的气候环境。距今4200年的气候事件是发生在中全新世的另一次较强的气候突变事件，全球气候由暖湿转变为凉干，亚非季风区普遍发生了干旱。

 关于造成全新世千年尺度气候快速变化事件的原因，至少有两种假说：①认为与大西洋热盐环流（THC）减弱有关，距今8200年气候事件的发生机制可能与新仙女木事件属同一性质，全新世早期的快速增暖可能会导致北美劳伦冰盖快速融冰，并向大西洋倾泻大量淡水。然而，这一机制不能用于解释全新世的所有快速变化事件，因为中晚全新世大冰盖消融后，高纬地区可能会缺少积存融冰淡水的环境；但全新世的大西洋热盐环流可能确实存在若干明显减弱的时期，且与全新世的冷事件有很好的一致性。②可能因素是太阳活动，太阳活动减弱可解释距今6000～5000年、距今3500～2500年等全新世冷事件的发生。这两种机制虽然可以各自解释某些冷事件，但是否有时两种机制同时发生作用，或者还有其他机制也在发挥作用，仍是一个需要进一步深入研究的问题。