Toutes les espèces qui vivent sur notre planète ont des écologies leur permettant d'habiter dans une certaine gamme de climats. On appelle cela une niche climatique.

Par exemple, la marmotte des Alpes a une niche climatique dans un climat montagnard, caractérisé par des hivers froids et des étés frais et humides ; tandis que le dromadaire a une niche climatique dans un climat aride, caractérisé par une sécheresse permanente (qui dure quasiment toute l'année). Ce sont ces caractéristiques qui limitent la distribution des espèces, avec en l’occurrence les marmottes qui se restreignent aux montagnes européennes et les dromadaires qu'on ne trouve que dans les régions très arides d'Afrique et du Moyen-Orient. Lorsque le climat change, un organisme peut se retrouver dans des conditions climatiques à la marge voire carrément en dehors de sa niche climatique.

Si le changement dure peu de temps (et que le climat revient à son état initial), les organismes peuvent s'acclimater pendant les périodes où ils se situent en marge de leur niche climatique. Chez les plantes, l'acclimatation en période de sécheresse passe notamment par une réduction de leur métabolisme et une diminution de leur taux d'évapo-transpiration, ce qui permet de conserver autant que possible l'eau présente dans leur organisme. Chez les mammifères, l'acclimatation à la chaleur se produit entre autres par une transpiration accrue, permettant de maintenir une température corporelle optimale.

Par contre, si le changement dure longtemps ou est permanent à une échelle de temps de plusieurs générations (lors du passage d'une ère glaciaire à un interglaciaire par exemple), la sélection naturelle va produire son action sur les populations. Lors de tels changements, nombreuses sont les populations qui ne parviennent pas à s'adapter suffisamment et qui par conséquent s'éteignent (d'autant plus si le changement est rapide). En revanche, si le changement est suffisamment graduel, l'évolution va sélectionner différentes caractéristiques permettant d'étendre la niche climatique des organismes vers des climats plus extrêmes. Ce processus s'est produit ponctuellement mais de manière récurrente dans toutes les régions du globe, depuis l'origine de la vie, tout du moins de la vie complexe, et de la colonisation par cette dernière des terres émergées il y a un peu moins d'un demi-million d'années.

En ce qui concerne les transitions climatiques vers des climats plus secs, celles-ci ont amené les espèces animales habitant aujourd'hui les zones arides à s’adapter en développant des mécanismes favorisant l’économie de l’eau pour compenser la perte de cette dernière par la transpiration, la respiration et l’excrétion d’urine. Certaines résistent à la chaleur et limitent les pertes d'eau grâce à leur exosquelette dur et imperméable (comme chez de nombreux arthropodes tels que les scorpions). D’autres encore, ont développé un métabolisme qui leur permet de se contenter de l’eau présente dans les plantes qu’ils consomment et ne boivent jamais (c’est par exemple le cas du rat-kangourou du Pacifique). Des pattes plus longues (comme chez les gerboises) leur permettent également d’éloigner leur corps de la chaleur emmagasinée dans le sol, et par là même de limiter les pertes d'eau par transpiration. Un mode de vie furtif et rapide est également une adaptation des zones arides, par exemple chez les fourmis argentées du désert, qui ne passent que quelques minutes hors de leur nid pendant le jour. La plupart des animaux désertiques produisent également des excréments très concentrés sous forme d’acide urique solide, une manière de réduire les pertes d’eau. La liste des adaptations des animaux à la sécheresse est longue, et nous mentionnerons ici encore les oreilles allongées qui font office d’éventail et permettent de dissiper la chaleur tout en limitant les pertes d'eau par transpiration  (chez les fennecs ou les hérissons du désert), ou le stockage des réserves alimentaires sous forme de graisse dans certaines parties de leurs corps (comme notamment dans la bosse des dromadaires et des zébus) pour survivre lors de périodes de sécheresse intenses (qui limitent drastiquement la pousse des plantes dont ces animaux se nourrissent).

Chez les plantes, les adaptations sont également nombreuses, par exemple le développement de systèmes racinaires profonds et étendus, permettant d'aller rechercher l'eau dans la profondeur du sol, comme chez les acacias. Les tiges et les feuilles des plantes adaptées aux milieux arides sont souvent fortement sclérifiées, permettant de limiter au maximum les pertes d'eau. Chez les cactus et certaines euphorbes, la présence de côtes longitudinales sur les tiges permettent de créer des ombres passagères permettant d’éviter à certaines parties de la surface de la plante une exposition trop directe et régulière au soleil. Certaines espèces ont des feuilles réduites voire absentes, limitant les pertes d'eau. C'est le cas par exemple de nombreuses plantes grasses (Crassulacées). D'autres plantes ont développé des poils sur les feuilles leur permettant de retenir l’eau, comme par exemple le caroubier. Citons encore le fait de passer la saison sèche sous forme de bulbe, ou le resserrement des stomates (c’est-à-dire les pores par lesquels l’évapo-transpiration se produit) pendant les périodes chaudes et sèches, comme chez les Aeonium. Enfin, la capacité des graines à survivre pendant de nombreuses années dans le sol (on appelle cela la banque de graines) en attendant une pluie providentielle représente certainement une des adaptations les plus spectaculaires, qui permet aux déserts de reverdir après plusieurs années de sécheresse extrême.