自震旦纪以来，地球的气候一般是温暖与寒冷交替着出现。中生代大部分时间是以温暖湿润的气候为主，但到白垩纪末期(距今约8000万年前)，气候开始变冷，在接近6500万年前的时候更加突出。

据研究，白垩纪末期的气候波动较大，大趋势是变冷，但中间不时出现干热的气候。这表明，当时气候是比较恶劣的。白垩纪末期的气候变化，对恒温的哺乳动物来说，是小事一桩，不在话下；但对冷血的爬行动物类来说则是灾难性的。首先，繁殖这一关它们就很难过。对现代爬行动物的研究表明，它们的孵化温度要求很严格，过高，过低，只需几度之差就能给它们招来灭种之灾。而恐龙正是在恶劣的气候下消亡的。

气候变化说认为，恐龙从繁荣到衰亡经历了约3000万年，而且绝灭是逐渐发生的，各类恐龙的绝灭有先有后，而不是一刀切的。不过从地史的角度看起来，绝灭的速度还是很快的。

气候变化说是一个传统的绝灭理论，它的一些观点至今仍十分有说服力。