Paleo-omgevingsreconstructie (ook bekend als paleoklimaatreconstructie) verwijst naar de resultaten en de onderzoeken die zijn uitgevoerd om vast te stellen hoe het klimaat en de vegetatie op een bepaald moment en op een bepaalde plaats waren het verleden. Klimaat, inclusief vegetatie, temperatuur en relatieve vochtigheid, is in de loop van de tijd aanzienlijk veranderd sinds de vroegste menselijke bewoning van de planeet aarde, zowel natuurlijk als cultureel (door mensen gemaakt) oorzaken.
Klimatologen gebruik voornamelijk paleomilieugegevens om te begrijpen hoe de omgeving van onze wereld is veranderd en hoe moderne samenlevingen zich moeten voorbereiden op de komende veranderingen. Archeologen gebruiken paleomilieugegevens om de levensomstandigheden van de mensen die op een archeologische vindplaats woonden te helpen begrijpen. Klimatologen profiteren van de archeologische studies omdat ze laten zien hoe mensen in het verleden hebben geleerd zich aan te passen of zich niet konden aanpassen aan veranderingen in het milieu en hoe ze veranderingen in het milieu veroorzaakten of erger of beter maakten door hun acties.
De gegevens die door paleoklimatologen worden verzameld en geïnterpreteerd, staan bekend als proxy's, stand-ins voor wat niet direct kan worden gemeten. We kunnen niet terug in de tijd reizen om de temperatuur of vochtigheid van een bepaalde dag of jaar of eeuw te meten, en daar zijn geen geschreven verslagen van klimaatveranderingen die ons die details zouden geven die ouder zijn dan een paar honderd jaar. In plaats daarvan vertrouwen paleoklimaatonderzoekers op biologische, chemische en geologische sporen van gebeurtenissen uit het verleden die werden beïnvloed door het klimaat.
De belangrijkste proxy's die door klimaatonderzoekers worden gebruikt, zijn planten- en dierenresten omdat het type flora en fauna in een regio geeft het klimaat aan: denk aan ijsberen en palmbomen als indicatoren van lokaal klimaten. Herkenbare sporen van planten en dieren variëren in grootte van hele bomen tot microscopische diatomeeën en chemische handtekeningen. De nuttigste overblijfselen zijn die welke groot genoeg zijn om identificeerbaar te zijn voor soorten; de moderne wetenschap heeft objecten zo klein kunnen identificeren als stuifmeel granen en sporen tot plantensoorten.
Proxy-bewijs kan biotisch, geomorf, geochemisch of geofysisch zijn; ze kunnen milieugegevens vastleggen die in de tijd variëren van jaarlijks, elke tien jaar, elke eeuw, elk millennium of zelfs meerdere millennia. Gebeurtenissen zoals boomgroei en regionale vegetatieveranderingen laten sporen achter in bodems en veenafzettingen, gletsjerijs en stuwwallen, grotformaties en in de bodems van meren en oceanen.
Onderzoekers vertrouwen op moderne analogen; dat wil zeggen dat ze de bevindingen uit het verleden vergelijken met die in de huidige klimaten over de hele wereld. Er zijn echter periodes in het zeer oude verleden waarin het klimaat totaal anders was dan wat er momenteel op onze planeet wordt ervaren. Over het algemeen lijken die situaties het gevolg te zijn van klimaatomstandigheden met extremere seizoensverschillen dan we nu hebben meegemaakt. Het is vooral belangrijk om te erkennen dat de atmosferische kooldioxidespiegels in het verleden lager waren dan die van vandaag, dus ecosystemen met minder broeikasgas in de atmosfeer gedroegen zich waarschijnlijk anders dan nu.
Archeologen zijn al geïnteresseerd in klimaatonderzoek sinds tenminste Grahame Clarks werk in 1954 bij Star Carr. Velen hebben met klimaatwetenschappers samengewerkt om de lokale omstandigheden ten tijde van de bezetting te achterhalen. Een door Sandweiss en Kelley (2012) geïdentificeerde trend suggereert dat klimaatonderzoekers zich beginnen te wenden tot het archeologische record om te helpen bij de reconstructie van paleomilieu's.