新生代以前的大冰期因時代古老，可辨認的冰川遺蹟零散殘缺，研究程度也較差，多依據地層中所含帶冰川擦痕的混磧巖、頁岩中的燧石結核和帶冰川擦痕的基岩底盤等。新生代大冰期的冰川遺蹟儲存普遍較為完整，尤以晚新生代冰期的研究較為深入，如沉積連續性好的深海沉積岩芯、黃土等，能較完整地記錄全球氣候和環境的變化。二十世紀七十年代以來，各國學者用氧同位素分析、放射性年代測定及古地磁等方法力圖恢復和重建晚新生代的全球氣候變化和沉積環境，作為劃分冰期的重要依據。此外，包含海洋生物、哺乳動物、植物孢粉化石的生物地層學，地貌分析，沉積岩石學以及古土壤等方法也常作為研究晚新生代環境和冰期劃分的依據。
在地球發展史上有冰期的時間只佔整個地球歷史時期的十分之一左右，而絕大部分時間是處於溫暖期。已被確認的大冰期有以下幾次。
寒冷的冰期是已知地球上最早的大冰期。以加拿大南部和美國大湖區西部的休倫群高幹達組冰磧層為代表，該地層年代為距今27~23.5億年前。另外，在南非、澳大利亞西部、印度都有這次冰期的產物。這次大冰期持續約四千萬年。
約距今9.5~6.15億年前的一次影響廣泛的大冰期。其遺蹟除南極大陸尚未發現外，世界各大陸的許多地方都有儲存，並多被非冰川沉積岩層所隔開，表明該冰期是多階段性的。最早發現於蘇格蘭、挪威，此後在中國、澳大利亞、非洲、格陵蘭和北美相繼發現。以挪威北部芬馬克的冰磧巖為其代表。在中國則為震旦系底部帶擦痕的南沱冰磧層，主要分佈在長江中下游等處。
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發生在奧陶紀晚期至志留紀早期的大冰期。約距今4.6~4.4億年前，有人認為可能延續到泥盆紀晚期(3.6億年前)。其混磧巖見於法國、西班牙、加拿大、南美、北非及蘇聯新地島。北非的冰磧巖露頭極佳，並儲存有若干冰川地貌的遺蹟，如儲存極好的冰壅構造、鼓丘、蛇形丘和砂楔等地形。
發生在石炭紀中期至二疊紀初期的一次冰期。當時全球氣溫普遍下降，形成大面積的冰蓋與冰川，持續時間長達8000萬年，是地球歷史上影響最為深遠的一次大冰期。見於印度、澳大利亞、南美、非洲及南極大陸的邊緣。澳大利亞東南部和塔斯馬尼亞島是這次大冰期冰川作用最強的地區。
藍色星球歷史上最近的一次大冰期。自新第三紀出現冰期與間冰期交替，一直延續至今。早在漸新世南極就開始出現冰蓋，中新世中期冰蓋已具規模，是最早進入冰期的地區。第四紀初期的冰期環境波及全球，中期達到最盛，所以晚新生代大冰期主要指第四紀冰期。當時，北半球有兩個大冰蓋，即斯堪的納維亞冰蓋和北美勞倫冰蓋。前者的南界到達北緯50°，後者達北緯38°附近。此外，在中、低緯的一些高山區還發育了山麓冰川或小冰帽。大約在八千~一萬年前，全球又普遍轉暖，大量冰川和冰蓋消失或收縮，地球進入冰後期。但是，諸大陸的冰川和冰蓋並未完全消失。
第四紀冰期的劃分如下：1世界的劃分。1901~1909年德國a.彭克和e.布呂克納陸續發表《冰川時期的阿爾卑斯山》(3卷)，書中根據歐洲阿爾卑斯山北麓多瑙河上游幾級砂礫階地的發育，提出該山區有四次冰期和三次間冰期，由老到新分別命名為恭茲、民德、里斯和玉木冰期，恭茲-民德、民德-里斯和里斯-玉木間冰期。後來，b.艾伯爾和i.謝弗又補充了較老的多瑙冰期和更老的拜伯冰期。幾十年來，阿爾卑斯冰期系統廣為流傳，為世界許多地區所採用，並作為典型冰期模式與世界各地對比。
二十世紀二十年代，一些學者根據北歐斯堪的納維亞冰蓋邊緣活動位置，將丹麥、荷蘭、德國北部和波蘭的終地球經歷過冰期磧系列劃出4次冰期和3次間冰期，自老到新為艾爾斯特、薩勒、瓦什、維塞爾冰期，克羅默、霍爾斯坦和埃姆間冰期。
北美的冰期系列主要是按照北歐冰期劃分方法確定的，根據冰磧物和終磧的位置劃分出:維斯康辛、伊利諾安、堪山和內布拉斯加4個冰期及桑加蒙、雅莫斯和阿弗頓3個間冰期。世界其他一些地區也劃分了本地區的第四紀冰期系列。後來，m.米蘭科維奇建立的距今百萬年以來太陽輻射變化曲線表明，至少可分出14~15個冰期輪迴，即阿爾卑斯冰期系列中的每個冰期幾乎都包含著2~3個冰期輪迴。50年代發展起來的深海巖芯氧同位素研究，傳統的阿爾卑斯冰期系統受到衝擊，因為它不能完整地記錄下氣候與環境變化資訊，相關的地層和地貌極易被曲解。而深海巖芯同位素可以相當完整地記錄至今最為精確的更新世氣候與環境變化資料，幾乎不受巖芯地理位置的影響，其連續性和在全球的廣泛性都是惟一可以與其他氣候地層學系統的可靠資料作對比和驗證的。據太平洋深海巖芯18o記錄，大約90萬年以來可以劃分出23個18o階段和10個完整的冰川週期(由b期到k期)，期間被11個終至界線(由1至Ⅺ)所分開。在時間序列上可與阿爾卑斯冰期系統相對比。
黃土是陸地上廣泛分佈的更新世必層。自第四紀初就開始發育，幾乎是連續沉積到今天。由於儲存著完整的黃土-古土壤沉積序列、生物化石和氣候資訊，它是研究大陸第四紀環境變化的最理想的物件，同時還可以和深海沉積相對比。黃土大部分是冰期時的沉積物，在歐洲和北美多分佈於古冰蓋的外圍。在冰蓋退縮的間冰期裡，氣候溼潤，發育了棕壤，形成黃土和棕壤交替沉積剖面，記錄了冰期-間冰期的氣候迴圈。
歐洲的黃土-森林棕壤沉積層序可劃分出若干沉積週期與亞週期，並可以與北歐冰期系列相對應。中國的黃土分佈廣，厚度可達410米。如今對陝西洛川剖面的研究表明，大約距今240萬年以來，記錄了11個古氣候組，可與歐洲黃土沉積週期系列對比。其中距今90萬年的黃土層序與海洋18o階段1~23有較好的對應關係。
中國的劃分和表現形式。中國西部高山地區的冰期劃分已為人們所公認，以研究較好的喜馬拉雅山珠穆朗瑪峰區北坡為例，第四紀冰期劃分為:a.依據希夏邦馬峰北坡附近的老冰磧平臺確立的早更新世的希夏邦馬冰期。b.依據珠穆朗瑪峰西側聶聶雄拉高平臺的冰水-冰磧沉積確立的中更新世的聶聶雄拉冰期。c.在絨布河谷中基隆寺附近的殘破漂礫群及上游絨布寺的終磧壠分別代表晚更新世早期的基隆寺階段和較晚期的絨布寺階段，這兩個階段構成了晚更新世的珠穆朗瑪冰期，也有的學者將這兩個階段劃為兩個獨立的冰期。
關於中國東部第四紀冰期的問題，仍在爭論中。1944年，李四光以廬山為樣板，將中國東部第四紀冰期由老到新劃分出鄱陽、大姑、廬山冰期，再加上1937年費師孟提出的末次冰期──大理冰期，建立了中國東部第四紀冰期系列。對此，一些中外學者一直持有不同意見。80年代初，施雅風等提出：除太白山、長白山主峰區及臺灣中央山脈等海拔3500米以上的高山存在第四紀冰川遺蹟外，長江中下游山地、廣西桂林、湖北神農架、北京西山、東北大興安嶺等都缺乏可靠的古冰川證據。