De concentratie van kooldioxide (CO2) in de atmosfeer fluctueert op natuurlijke wijze in de loop van de tijd. Tijdens ijstijden kan het CO2-niveau met maar liefst 100 delen per miljoen (ppm) dalen, vergeleken met interglaciale perioden waarin het CO2-niveau doorgaans rond de 280 ppm ligt.

De reden voor dit verschil wordt niet helemaal duidelijk, maar er wordt aangenomen dat er verschillende factoren bij betrokken zijn.

Eén mogelijkheid is dat veranderingen in de oceaancirculatie ervoor zorgen dat tijdens ijstijden meer CO2 door de oceaan wordt opgenomen. Als de oceaan koud is, kan deze meer opgelost CO2 bevatten. Naarmate het klimaat op aarde warmer wordt en de oceanen warmer worden, komt er een deel van dit opgeslagen CO2 vrij, wat leidt tot hogere CO2-niveaus in de atmosfeer.

Een andere mogelijkheid is dat veranderingen in de plantengroei tijdens ijstijden tot lagere CO2-niveaus leiden. Planten nemen tijdens hun groei CO2 op uit de atmosfeer en slaan deze koolstof op in hun bladeren, stengels en wortels. Wanneer planten afsterven, komt deze koolstof weer vrij in de atmosfeer. Tijdens ijstijden is de plantengroei langzamer en wordt er meer koolstof in planten opgeslagen, wat leidt tot lagere CO2-niveaus in de atmosfeer.

Veranderingen in de hoeveelheid stof in de atmosfeer kunnen ook variaties in het atmosferische CO2 veroorzaken. Stof kan fungeren als katalysator voor chemische reacties die CO2 uit de atmosfeer verwijderen. Tijdens ijstijden is er meer stof in de atmosfeer, wat zou kunnen verklaren waarom de CO2-niveaus lager zijn.

De precieze mechanismen die ervoor zorgen dat de CO2-niveaus variëren tijdens ijstijden zijn nog steeds onderwerp van wetenschappelijk onderzoek. Uit ijskerngegevens blijkt echter duidelijk dat deze fluctuaties regelmatig voorkomen en dat ze verband houden met veranderingen in het klimaat op aarde.