北半球的气候自十四世纪开始转寒冷，十七世纪达到极点。十五世纪初以后，出现两个温暖时期（1550—1600年和1720—1830年）和3个寒冷时期（1470—1520年，1620—1720年和1840—1890年）。总的来说，明代气候寒冷干旱，进入中国历史上的第四个冷期。另外，气温变化与降水变化有密切关系，十七世纪是近500年来3次持续干旱中最长的一次。明代初期全国水旱灾害发生频率差不多，两种灾害交替发生，全国性的旱或涝灾的趋向不明显。但是成化以后情况有所不同，明代后期全国进入一个异常干旱的时期。

明末的干旱引起了特大蝗灾，始于崇祯九年（1636年），地点是陕西东部、山西南部及河南开封一带。崇祯十年蝗灾向西扩展到关中平原，向东扩展到以徐州为中心的山东及江苏北部，然后扩展到南起淮河、北至河北的广大地区。崇祯十一年形成东西上千公里、南北400—500公里的大灾区，并开始向长江流域扩散。崇祯十二年向北扩展到山西和陕西两省北部，向南扩展到江汉平原。崇祯十三年黄河长江两大河流的中下游和整个华北平原都成为重灾区。崇祯十四年华北蝗灾开始减退，但是长江流域蝗灾却继续发展。崇祯十五年由于气候发生大变化，连续四年的特大蝗灾结束。

在天气剧变、食物匮缺的过程中，人的身体素质下降，再加上大量的流民，就会引起瘟疫的爆发。据《明史》记载，从1408—1643年共发生大瘟疫19次，其中1641年流行的一次瘟疫遍及河北、山东、浙江等。明末大瘟疫开始于崇祯六年（1633年），地点是山西。崇祯十四年传到河北，并随着李自成和清朝的军队传到更多的地区。崇祯十四年，北京爆发鼠疫，造成人口大量死亡。史载崇祯十六年二月“京师瘟疫大作，死亡枕藉，十室九空，甚至户丁尽绝，无人收敛者”。