Notizie dirette sulla composizione dell'atmosfera nel passato, quando essa aveva già la composizione attuale, ci sono fornite dalla paleoglaciologia cioè dalla scienza che studia l'evoluzione dell'ambiente usando informazioni contenute nei ghiacci delle calotte polari. Spessori di migliaia di metri di ghiaccio si sono formati in centinaia di migliaia di anni con l'accumulo di neve, che non si è sciolta ma si è compattata trasformandosi in ghiaccio. L'aria con impurità, polveri e gas, durante le nevicate, viene imprigionata all'interno del ghiaccio in minuscole bollicine. Le bollicine del ghiaccio più profondo contengono l'atmosfera dei tempi più antichi. Per ottenere queste preziose bollicine, si prelevano, perforando il ghiaccio, cilindri verticali di 6-12 centimetri di diametro, chiamati carote di ghiaccio. Più si va verso la base della colonna che contiene il ghiaccio più profondo, più si torna indietro nel tempo. L'analisi chimica del contenuto delle bollicine alle varie profondità nella carota permette di ricostruire la composizione dell'atmosfera e la sua variazione nel tempo. Utilizzando questi dati scienziati di tutto il mondo studiano la storia dell'ambiente terrestre, la sua variabilità naturale e l'impatto che esso ha subito a causa delle attività umane. Si è visto per esempio che la minima concentrazione atmosferica di anidride carbonica e metano si è riscontrata durante le glaciazioni, confermando una correlazione tra quantità di anidride carbonica e metano (i gas serra) nell'atmosfera e la temperatura del globo. Inoltre in corrispondenza con la fine delle glaciazioni si è osservato un incremento relativamente rapido delle quantità di anidride carbonica e metano, e contemporaneamente una diminuzione delle polveri dell'atmosfera.

Il progetto europeo Epica (European Project for Ice Coring in Antarctica) per la perforazione del ghiaccio in Antartide) è un' iniziativa ambiziosa che coinvolge studiosi di 10 paesi europei tra cui gli italiani del Programma Nazionale delle Ricerche in Antartide (PNRA). Le attività di perforazione profonda realizzata da ricercatori e tecnici italiani, francesi, svizzeri e danesi ha raggiunto quota –3270 metri Rimangono ancora da perforare circa 500 metri prima di arrivare alla profondità dove si trova il bedrock, la roccia su cui poggia il ghiacciaio: è questo l'ultimo strato di ghiaccio che dovrebbe coincidere, secondo le opinioni degli esperti, a un tempo compreso tra 900 000 e 1 milione di anni fa.