Während der Erdgeschichte hat das Klimasystem extreme Schwankungen auf unterschiedlichen Zeitskalen erfahren. Dazu gehören solch komplexe Vorgänge wie der Übergang von globalen Warmphasen in Kaltphasen – und auch wieder zurück. Diese können z. B. mit Schwankungen im globalen Meeresspiegel einhergehen mit und damit weite Teile des Klimasystems beeinflussen. Aber auch regionale Vorgänge wie Vereisungen, Wüstenbildung, tektonische Aktivitäten oder auch lokale Veränderungen in der Bewuchsform oder im hydrologischen Kreislauf spielen eine wichtige Rolle im terrestrischen Klimasystem. 
Diese Vorgänge spielen sich auf Zeitskalen von Dekaden bis Millionen von Jahren ab und haben in den Sedimenten dieses Planeten ihren Abdruck hinterlassen. Dieser ist jedoch durch z.B. Subduktion oder Erosion nicht flächendeckend und komplett erhalten geblieben. Des Weiteren liefern geologische Untersuchungen alleine nicht immer ein schlüssiges Szenario um vorliegende Ergebnisse interpretieren zu können. Aus diesen Gründen bedürfen Untersuchungen des vergangenen Klimageschehens der Unterstützung durch numerische Klimamodelle welche die relevanten physischen und biogeochemischen Vorgänge abdecken können. Dies beinhaltet unter anderem die Modellierung der ozeanischen und atmosphärischen Zirkulation, wie auch die Untersuchung der Auswirkungen von unterschiedlichen pCO2 Gehalten in der Atmosphäre oder Nährstoffzyklen. Ein Verständnis der Rückkopplungseffekte innerhalb und zwischen den einzelnen Kompartimenten des Klimasystems ist aber eine Vorraussetzung für ein verbessertes Verständnis der Klimadynamik der Vergangenheit als auch des zukünftigen Klimawandels. 
Die Paläoklimamodellierung in der Forschungseinheit Paläozeanographie benutzt eine Vielzahl von physischen und biogeochemischen Modellen um die zu Grunde liegenden Mechanismen und Prozesse vergangener Klimate zu untersuchen und besser zu verstehen. Der Vergleich der Modellergebnisse mit geobiochemischen Datensätzen ist darüber hinaus die einzige Möglichkeit die Qualität der Modelle zu validieren. Dieser Abgleich ist zudem ein wichtiges Instrument um die Eignung der verwendeten Modelle in Hinblick auf Ihre Fähigkeit zukünftige Veränderungen im Klimasystem abzubilden zu testen. Gegenwärtig benutzen wir eine Hierarchie von Modellen, wie z. B. General Circulation Models (GCMs), Modelle intermediärer Komplexität, sowie biogeochemische Boxmodelle um langfristige Veränderungen des Erdklimas zu untersuchen.