Paleokeskkonna rekonstrueerimine (tuntud ka kui paleoklimaalne rekonstrueerimine) viitab tulemustele ja - uuringud, mille eesmärk oli kindlaks teha, milline oli kliima ja taimestik konkreetses kohas ja kohas minevik. Kliima, sealhulgas taimestik, temperatuur ja suhteline õhuniiskus, on aja jooksul märkimisväärselt varieerunud alates planeedi Maa kõige varasemast asustamisest, nii looduslikust kui ka kultuurilisest (inimese loodud) põhjused.
Klimatoloogid kasutage peamiselt paleokeskkonna andmeid, et mõista, kuidas meie maailma keskkond on muutunud ja kuidas peavad kaasaegsed ühiskonnad tulevasteks muutusteks valmistuma. Arheoloogid kasutavad paleokeskkonna andmeid, et aidata mõista arheoloogilises paigas elanud inimeste elutingimusi. Klimatoloogid saavad arheoloogilistest uuringutest kasu, kuna need näitavad, kuidas inimesed varem õppisid, kuidas kohaneda või ei suutnud keskkonnamuutustega kohaneda ja kuidas nad keskkonna muutusi põhjustasid või nende tõttu halvemaks või paremaks tegid toimingud.
Andmeid, mida paleoklimatoloogid koguvad ja tõlgendavad, tuntakse kui volikirju, mis seisavad selle all, mida otseselt mõõta ei saa. Me ei saa reisida ajas tagasi, et mõõta konkreetse päeva, aasta või sajandi temperatuuri või niiskust ja seal pole kirjalikke andmeid kliimamuutuste kohta, mis annaksid meile üksikasjad, mis on vanemad kui paarsada aastat. Selle asemel tuginevad paleoklimaatilised teadlased kliima mõjutanud minevikusündmuste bioloogilistele, keemilistele ja geoloogilistele jälgedele.
Kliimauurijate peamised puhverserverid on taime- ja loomsed jäänused, kuna taimestiku tüüp ja piirkonna loomastik näitab kliimat: mõelge jääkarudele ja palmipuudele kui kohaliku indikaatorile kliima. Taimede ja loomade tuvastatavad jäljed ulatuvad tervetest puudest kuni mikroskoopiliste ränide ja keemiliste signatuurideni. Kõige kasulikumad jäänused on need, mis on liikide jaoks piisavalt suured; moodne teadus on suutnud objekte tuvastada nii pisikestena õietolm terad ja eosed taimeliikidesse.
Volikirja tõendusmaterjal võib olla biootiline, geomorfne, geokeemiline või geofüüsikaline; nad saavad salvestada keskkonnaandmeid, mis ulatuvad ajast, kümnest aastast, sajandist, igast aastatuhandest või isegi mitmest aastatuhandest. Sündmused, nagu puude kasv ja piirkondlikud taimestiku muutused, jätavad jäljed muldadesse ja turbamaardlatesse, liustikujääle ja moreenidele, koobaste moodustistele ning järvede ja ookeanide põhjale.
Teadlased tuginevad tänapäevastele analoogidele; see tähendab, et nad võrdlevad mineviku leide praeguse kliimaga kogu maailmas leitudega. Siiski on väga iidses minevikus perioode, mil kliima oli täiesti erinev sellest, mida praegu meie planeedil kogetakse. Üldiselt näivad need olukorrad ilmastikutingimuste tagajärjel, kus olid hooajalised erinevused ekstreemsemad kui tänapäeval. Eriti oluline on tunnistada, et atmosfääri süsinikdioksiidi tase oli minevikus madalam kui praegu, seega vähem ökosüsteemid kasvuhoonegaas atmosfääris käitusid tõenäoliselt teisiti kui praegu.
Arheoloogid on kliimauuringute vastu huvi tundnud vähemalt alates Grahame Clarki 1954. aasta tööst Star Carris. Paljud on teinud koostööd kliimateadlastega, et selgitada välja okupatsiooni ajal valitsenud kohalikud olud. Sandweiss ja Kelley (2012) tuvastatud suundumus viitab sellele, et kliimauurijad on hakanud pöörduma arheoloogiliste andmete poole, et abistada paleokeskkondade rekonstrueerimist.