根据深海地质钻探得到的资料，一些科学家认为在六千五百万年前的地球上的气候发生了异常的变化，温度忽然升高。这种变化使恐龙等散热能力较弱的变温动物无法很好地适应环境，引起其身体中的内分泌系统紊乱，尤其是造成雄性个体的生殖系统严重损坏。结果，恐龙无法繁殖后代，从而走向了最终的灭绝。
还有一种理论，虽然同样是认为气候骤变引起恐龙灭绝，但是推测的过程却不一样。这一派学者认为，在距今大约七千万年前，北冰洋与其它大洋之间被陆地完全隔开，并在最后的日子里那咸咸的海水因各种因素的作用渐渐地变成了淡水。到了距今六千五百万年前，分隔北冰洋与其它大洋的"堤岸"突然发生了决口。大量因淡化而变轻的北冰洋的水流入其它大洋。由于北冰洋的水温度很低，这些"外溢"的冷水形成了一层冷流，使得地球大洋的海水温度迅速地下降了大约二十度。海洋温度的下降又严重影响了大陆气候，使大陆上空的空气变冷。同时，空气中的水蒸气含量也迅速减少，引起了陆地上普遍的干旱。陆地上的这些气候变化产生的综合结果就是，恐龙灭绝了。
气候骤变造成恐龙灭绝的一条可能的途径是严重影响恐龙的卵。一些科学家发现，在恐龙灭绝之前的白垩纪末期，恐龙蛋的蛋壳有变薄的趋势，说明在恐龙大灭绝之前有气候急剧变化造成的作用。我国的一些古生物学家也发现，在一些化石地点产出的恐龙蛋中，临近灭绝时期的那些恐龙蛋蛋壳上的气孔比其它时期的恐龙蛋蛋壳中的气孔要少，这很可能与气候变得寒冷干燥有关。