Rad na astronomskom datiranju ledenih doba, posebno kriva osunčavanja ili solarni dijagram, kako se drukčije naziva, otvorili su Milankoviću širom vrata u naučni svet.
Dobro poznati i cenjeni nemački klimatolog Vladimir Kepen i njegov zet geofizičar Alfred Vegener, prvi prihvataju Milankovićevu krivu osunčavanja.
Uviđajući, pre svih, koristi koje njegova teorija može imati za paleoklimatološka istraživanja, Kepen ga poziva 1922. godine na saradnju.
„Razmislih šta da mu odgovorim. U problemu ledenih doba sučeljava se više naučnih oblasti. Nebeska mehanika i sferna astronomija u vezi s teorijskom fizikom su, kao što sam svojim delom pokazao, u stanju da ispitaju sekularni tok osunčavanja Zemlje. No već posledice tog osunčavanja ulaze u oblast klimatologije, a njihova svedočanstva su predmet geologije. Samo saradnjom tih nauka može se taj izvanredno značajni problem rešiti u potpunosti, jer je ostao do sada nerešen što je ležao na tromeđi tih nauka....Lice mi se razvedri. Zapitah se kakav je srećan slučaj posredi. Kepen je klimatolog svetskog glasa, Vegener genijalan geofizičar i poznavalac svega što je u vezi s tom naukom. I uvideh: nije bio puki slučaj posredi, već uzročnost, kauzalnost zbivanja koja nas trojicu dovede na okup.”
Usledila je plodna razmena ideja između Milankovića, Kepena i Vegenera. Alfred Vegener je već bio poznat po svojoj teoriji pomeranja kontinenata, koja će se kasnije nazvati tektonika ploča.
O toj saradnji Milanković piše:
„Tako se između nas razvila naučna prepiska tokom koje me je Kepen pozvao na saradnju po pitanju klime kvartara, to jest onog perioda Zemljine prošlosti u kojem su se odigrala ledena doba. Ja sam na temelju teorije, izložene u mome delu i proširene jednom važnom raspravom koju sam u međuvremenu objavio u našoj Akademiji, izvršio vrlo detaljne račune o tome kako se raspored Sunčeve toplote menjao na Zemljinoj površini u toku poslednjih 650.000 godina.”
Kao što je Kepen naslutio, Milankovićeva teorija pokazala se kao neprocenjiva alatka pri istraživanju prastarih klima. Kada su te ideje uvršćene u monografiju Kepena i Vegenera „Klime geološke prošlosti”, koja je objavljena 1924. godine, Milanković je doživeo svojevrsno priznanje.
Od tog vremena saradnja sa Kepenom i Vegenerom širila se i razvijala. Na inicijativu Vegenera, bavio se i istraživanjem sekularnih pomeranja Zemljinih polova rotacije.
Razvivši matematičku mašineriju, koja će mu omogućiti da proračunava osunčavanje na bilo kojoj datoj geografskoj širini i za bilo koje godišnje doba, bio je spreman da krene u realizaciju svog trećeg cilja: matematički opis klime na Zemlji u prošlosti. Planirao je da to postigne izvlačeći krivu koja će pokazati varijacije u osunčavanju, odgovorne za niz ledenih doba.
Za Kepenov „Priručnik klimatologije” tokom 1927. godine piše „Matematičku teoriju klime i astronomsku teoriju varijacije klime”, koja će biti objavljena 1930. godine. Time je postigao i treći cilj svog plana u vezi s matematičkim opisom klime Zemlje u prošlosti. Koliko vremena i upornosti je iziskivao taj naučni zadatak najbolje svedoči podatak da je, poznat po sistematičnosti i preciznosti, radio neprekidno oko petnaest godina. Da je nekim slučajem imao na raspolaganju savremene računare, svoje komplikovane proračune završio bi znatno brže.
U toku 1928. godine uspostavlja saradnju i sa geofizičarom Benom Gutenebergom, profesorom Univerziteta u Darmštatu. Za Gutenbergov „Priručnik geofizike”, piše 4 dela: „Položaj i kretanje Zemlje u vasioni”, „Rotaciona kretanja zemlje”, „Sekularna pomeranja polova” i „Astronomska sredstva za proučavanje klime u toku istorije Zemlje”.
