يركز أصحاب هذه النظرية على أن شدة الأشعة الشمسية الواصلة إلى الأرض وغلافها الجوي تتأثر بالتغير الحاصل في مدار دوران الأرض حول الشمس فحينما تقترب الأرض من الشمس إثناء تغيير دورانها تشتد قوة الأشعة الشمسية فتزداد درجة حرارة الأرض بينما تنخفض درجة حرارة الأرض حينما تبتعد الأرض إثناء دورانها  عن الشمس. كما أن أي زيادة في شدة وكمية الإشعاعات الواصلة إلى كوكب الأرض والناتجة عن تغير في الانفجارات النووية للشمس يؤدي بالتأكيد إلى ارتفاع درجة حرارة الأرض وغلافها الغازي.

ويحدث التغير المناخي بسبب عمليات خارجية عن نظام المناخ تؤثر فيه ولا تتأثر به. وتتمثل هذه العمليات في تغيرات فلكية بطيئة مستمرة في مدار الأرض حول نفسها وحول الشمس. و يعتقد وفقا لنظرية ميلانكوفتش "Milankovitch Mechanism" ، نسبة للعالم اليوغسلافي الذي اقترحها ،  وجود ثلاث دورات فلكية منتظمة تجري متزامنة وباستمرار. ووفقا لهذه الآلية فإن زاوية ميلان محور الأرض عن الوضع العمودي(Obliquty) تتغير باستمرار بين 48` 521 ْ و24  ْ        خلال حوالي 40000 أو 41000 سنة، وتساوي في الوقت الحاضر 27` 23 ْ، وتتناقص حوالي 0.5" ثانية سنويا.

ويختلف شكل مدار الأرض حول الشمس من الشكل الدائري إلى الشكل البيضاوي (الإهليلجي) كل حوالي 90000 سنة وبالعكس كل 10000 سنة. بالإضافة إلى ذلك يتمايل محور الأرض صانعا دورة كاملة خلال 21000 أو 27000 سنة يتغير أثنائها اتجاهه، ويتغير معه وقت الفصول تدريجيا، كما يتغير موقع الحضيض "Perihelion" (أقرب مسافة بين الأرض والشمس) وموقع الأوج "Aphelion" (أبعد مسافة بين الأرض والشمس) في مدار الأرض حول الشمس.

وتدل الحسابات أن وقت الفصول يتأخر عن موعده يوما واحدا كل 70 سنة، وبذلك سينتقل اتجاه محور الأرض من نجم القطب إلى نجم فيجا (Vega) ، وينتقل وقت الحضيض من 4 يناير (كانون الثاني) إلى 4 يوليو (تموز) في حوالي 10500 أو 13500 سنة. ولا شك أن لمثل هذه التغيرات الفلكية القدرة على إحداث تغيرات مناخية طويلة الأمد تدوم عدة آلاف من السنين.

تركز نظرية ميلانكوفيتش على إن الانحراف أو الاختلاف في مدار  دوران  الأرض حول الشمس يؤدي إلى تغيير في كمية وشدة الإشعاعات الكونية أو الشمسية الواصلة للأرض عبر غلافها الجوي مما يؤدي إلى تغيرات مناخية منطقية أو قارية أو عالمية. تكون هذه النظرية مناسبة لتفسير مرور كوكب الأرض بعصور جليدية كل مئة إلف عام تقريباً لكنها لا تستطيع أن تفسر الارتفاع الكبير والمفاجئ لدرجة حرارة كوكب الأرض وغلافه الغازي بعد الثورة الصناعية والذي ترافق مع زيادة ملحوظة في تركيزات غازات الدفيئة في الغلاف الجوي للأرض. إن العصور الجليدية وما صاحبها من انخفاض في درجة حرارة كوكب الأرض وزحف الثلوج إلى مناطق لم تكن قبل هذا التاريخ مغطاة بالثلوج يعتبر تغيراً مناخياً واضحاً وهذا ما يؤكد صحة نظرية ميلانكوفيتش على الأخص فيما يخص التغير المناخي الناتج عن العصور الجليدية.