Представники цих гіпотез пояснюють зміну клімату Землі у минулому зміною кількості та спектрального складу сонячної радіації, яка надходить на Землю. Такі зміни можливі як в наслідок зміни фізичного стану Сонця, так і зміни оптичних властивостей атмосфери.
Ще в 19 ст. зміни клімату пояснювали зміною вмісту в атмосфері вуглекислого газу. Розрахунки показують, що якби не було в атмосфері вуглекислого газу, то середня температура повітря на Землі була б -70 С, тобто на 210 нижчою, ніж зараз. Подвоєння вмісту СО2 могло б підвищити середню річну температуру до 180 С.
Отже, теплі періоди в історії Землі пояснювали великим вмістом СО2 в атмосфері, а холодні – малим. Але чергування льодовикових і міжльодовикових епох під час четвертинного зледеніння пояснити важко, оскільки невідомі причини можливої зміни вмісту СО2 в атмосфері.
Крім того, клімат може змінюватись в результаті зміни прозорості атмосфери. При забрудненні атмосфери вулканічним пилом і попелом збільшується альбедо Землі як планети. Внаслідок цього до Землі надходить менше сонячної радіації і її температура знижується. Так, вулкан Кракатау (Індонезія) в 1883 р. викинув в атмосферу близько 18 км3 пилу та попелу, а вулкан Катмаі (Аляска) в 1912 р. – близько 21 км3. Дрібний пил та попіл може зберігатись в атмосфері протягом кількох років.
Після виверження вулкану Катмаі інтенсивність сонячної радіації в Алжирі зменшилась на 20%. У цей же час коефіцієнт прозорості атмосфери в Ленінградській області зменшився до 0,588, а в серпні навіть до 0,560 замість нормального його значення 0,765.
Докази впливу вулканів на температуру можна продовжити. Так, в 1815 р. вулкан Тамбора на о. Субава (Індонезія) викинув величезну кількість попелу. Його шлейф покрив атмосферу всієї північної півкулі. Наступного року в Західній Європі сніг лежав до червня, а в серпні вже почались приморозки. Англія залишилась практично без літа. Про роль вулкану в цьому похолоданні європейці і не здогадувались. Лише у наш час історико-географічний аналіз дозволив відтворити причинний зв’язок.
У березні 1963 р. стався вибух вулкану Агунг (о. Балі, Індонезія). Уже через кілька місяців в Австралії пряма сонячна радіація зменшилась на 24%, а через рік – на 16%. На станціях Антарктиди пряма сонячна радіація зменшилась на 40%.
У березні-квітня 1982 р. було кілька потужних вивержень вулкану Ель-Чічон (Мексика). Це найбільше виверження протягом 20 ст. Утворилось два шари аерозолю на висотах 18 та 24 км, які потім об’єдналися в один. Хмара аерозолю обійшла земну кулю за 21 день з середньою швидкістю 22 м/с. До 27 червня хмара розширилась від екватора до 300 пн.ш., а невелика її кількість досягла 300 пд.ш. В усіх зонах, які попали під вплив вулкану, температура повітря знизилась на 1-20 С, причому найменше зниження було поблизу екватора.
Отже, клімат земної кулі має тісний зв’язок з вулканічною діяльністю. В історії розвитку Землі були періоди інтенсивної вулканічної діяльності і спокійні періоди. Але при зміні льодовикових та міжльодовикових епох в плейстоцені вулканічна активність не змінювалась.
До фізичних гіпотез належать також ті, які пояснюють зміну клімату циклічними коливаннями діяльності Сонця. При цьому могла змінюватись як сонячна стала, так і потоки ультрафіолетової та корпускулярної геоактивної радіації.