Forme orbitale (excentricité)
L'orbite de la Terre est une ellipse. L'excentricité est une mesure de l'écart de cette ellipse par rapport à la circularité. La forme de l'orbite de la Terre varie dans le temps entre presque circulaire et légèrement elliptique.
Inclinaison axiale (obliquité)
L'angle de l'inclinaison axiale de la Terre varie par rapport au plan de l'écliptique, car les perturbations provenant d'autres planètes modifient l'orbite de la Terre.
Lorsque l'obliquité augmente, les étés des deux hémisphères reçoivent plus de chaleur et de lumière du Soleil, et les hivers moins. À l'inverse, lorsque l'obliquité diminue, les étés reçoivent moins de soleil et les hivers plus. Ces lentes variations de l'obliquité de 2,4° sont à peu près périodiques. Il leur faut environ 41 000 ans pour passer d'une inclinaison de 22,1° à 24,5° et inversement.
Précession axiale
La précession est l'oscillation de l'axe de la Terre. Ce mouvement gyroscopique est dû aux forces de marée exercées par le soleil et la lune sur la Terre solide, qui a la forme d'un sphéroïde oblat plutôt que d'une sphère. Le soleil et la lune contribuent à peu près également à cet effet. Sa période est d'environ 26 000 ans.
Lorsque l'axe pointe vers le Soleil, un hémisphère polaire présente une plus grande différence entre les saisons alors que l'autre a des saisons plus douces. L'hémisphère qui se trouve en été au périhélie reçoit une grande partie de l'augmentation correspondante du rayonnement solaire, mais ce même hémisphère en hiver à l'aphélie a un hiver plus froid. L'autre hémisphère aura un hiver relativement plus chaud et un été plus frais.
Précession apicale
Les planètes en orbite autour du Soleil suivent des orbites elliptiques (ovales) qui tournent progressivement dans le temps (précession apsidale).
De plus, l'ellipse orbitale elle-même se précontraint dans l'espace, principalement en raison des interactions avec Jupiter et Saturne. Cela réduit la période de précession des équinoxes de 25 771,5 à ~21 636 ans.
Inclinaison orbitale
L'inclinaison de l'orbite terrestre dérive de haut en bas par rapport à son orbite actuelle avec un cycle ayant une période d'environ 70 000 ans. Milankovitch n'a pas étudié ce mouvement tridimensionnel. Ce mouvement est connu sous le nom de "précession de l'écliptique" ou "précession planétaire".
Les chercheurs ont constaté cette dérive, et aussi que l'orbite se déplace par rapport aux orbites des autres planètes. Le plan invariable, celui qui représente le moment cinétique du système solaire, est approximativement le plan orbital de Jupiter. L'inclinaison de l'orbite de la Terre a un cycle de 100 000 ans par rapport au plan invariable. Ceci est très similaire à la période d'excentricité de 100 000 ans. Ce cycle de 100 000 ans correspond étroitement à la période de 100 000 ans des périodes glaciaires.
Il a été proposé qu'un disque de poussière et d'autres débris existent dans l'avion, ce qui affecte le climat de la Terre. La Terre se déplace dans cet avion vers le 9 janvier et le 9 juillet, quand il y a une augmentation des météores détectés par radar et des nuages noctilucides liés aux météores.
Une étude de la carotte de glace de l'Antarctique, utilisant les rapports oxygène-azote dans les bulles d'air piégées dans la glace, a conclu que la réponse climatique documentée dans les carottes de glace était déterminée par l'insolation de l'hémisphère nord, comme le propose l'hypothèse de Milankovitch. Il s'agit d'une validation supplémentaire de l'hypothèse de Milankovitch par une méthode relativement nouvelle. Elle n'est pas cohérente avec la théorie de l'"inclinaison" du cycle de 100 000 ans.
