关于恐龙灭绝的原因，有一个重要的说法就是气候变迁。6500万年前，地球气候陡然变化，气温大幅下降，造成大气含氧量下降，令恐龙无法生存。当然，也有一部分科学家认为，恐龙是冷血动物，身上没有毛或保暖器官，无法适应地球气温的下降，都被冻死了。
而在侏罗纪时期，联合古大陆又开始分裂，到白垩纪晚期加速分裂，而且气候逐渐变冷，全球海平面下降，陆地面积增大。一项科学研究显示，1.37亿年前，世界海洋的温度突然从13℃～14℃急剧下降到9℃。白垩纪时期气温突然下降，很有可能是导致全球的恐龙消亡的主要原因。进行这项重大研究的科学家称，这一现象导致恐龙走向最终的灭绝之路。
尽管当时湖泊比较发达，但由于气候变冷，使恐龙无地躲藏身体，举步维艰，这大大地影响了恐龙的繁育和生存。随着气温下降，气候也变得不那么湿润温暖了。恐龙的呼吸器官不能适应干冷干热的空气，而且一到冬天，恐龙的食物也没有了。在这种情况下，恐龙只好一步步走向灭亡，直至最终从地球上彻底消失。
白垩纪末期的气候变化，对恒温的哺乳动物来说，或许只是小事一桩；但对冷血的爬行类动物来说则是灾难性的。首先，繁殖这一关它们就很难过。对现代爬行动物的研究表明，它们的孵化温度要求很严格——过高、过低、只需几度之差就能给它们招来灭种之灾。近年来，在河南南阳和湖北郧县发现了成窝状未孵化的恐龙蛋化石，很可能就是由于白垩纪晚期天气变冷所致。有些学者曾对恐龙蛋的蛋壳进行了研究，蛋壳是由乳状层和立柱体层组成，并有气孔内外相通，经系统观察发现，白垩纪晚期蛋壳上的气孔普遍变小，对这一现象他们解释为可能与全球性气候变冷有关。
根据气候变化学说，恐龙从繁荣到衰亡经历了约3000万年，而且绝灭是逐渐发生的，各类恐龙的绝灭有先有后，而不是一刀切的。不过从地球发展史的角度看起来，绝灭的速度还是很快的。
