新生代以前的大冰期因时代古老，可辨认的冰川遗迹零散残缺，研究程度也较差，多依据地层中所含带冰川擦痕的混碛岩、页岩中的燧石结核和带冰川擦痕的基岩底盘等。新生代大冰期的冰川遗迹保存普遍较为完整，尤以晚新生代冰期的研究较为深入，如沉积连续性好的深海沉积岩芯、黄土等，能较完整地记录全球气候和环境的变化。二十世纪七十年代以来，各国学者用氧同位素分析、放射性年代测定及古地磁等方法力图恢复和重建晚新生代的全球气候变化和沉积环境，作为划分冰期的重要依据。此外，包含海洋生物、哺乳动物、植物孢粉化石的生物地层学，地貌分析，沉积岩石学以及古土壤等方法也常作为研究晚新生代环境和冰期划分的依据。
在地球发展史上有冰期的时间只占整个地球历史时期的十分之一左右，而绝大部分时间是处于温暖期。已被确认的大冰期有以下几次。
寒冷的冰期是已知地球上最早的大冰期。以加拿大南部和美国大湖区西部的休伦群高干达组冰碛层为代表，该地层年代为距今27~23.5亿年前。另外，在南非、澳大利亚西部、印度都有这次冰期的产物。这次大冰期持续约四千万年。
约距今9.5~6.15亿年前的一次影响广泛的大冰期。其遗迹除南极大陆尚未发现外，世界各大陆的许多地方都有保存，并多被非冰川沉积岩层所隔开，表明该冰期是多阶段性的。最早发现于苏格兰、挪威，此后在中国、澳大利亚、非洲、格陵兰和北美相继发现。以挪威北部芬马克的冰碛岩为其代表。在中国则为震旦系底部带擦痕的南沱冰碛层，主要分布在长江中下游等处。
发生在奥陶纪晚期至志留纪早期的大冰期。约距今4.6~4.4亿年前，有人认为可能延续到泥盆纪晚期(3.6亿年前)。其混碛岩见于法国、西班牙、加拿大、南美、北非及苏联新地岛。北非的冰碛岩露头极佳，并保存有若干冰川地貌的遗迹，如保存极好的冰壅构造、鼓丘、蛇形丘和砂楔等地形。
发生在石炭纪中期至二叠纪初期的一次冰期。当时全球气温普遍下降，形成大面积的冰盖与冰川，持续时间长达8000万年，是地球历史上影响最为深远的一次大冰期。见于印度、澳大利亚、南美、非洲及南极大陆的边缘。澳大利亚东南部和塔斯马尼亚岛是这次大冰期冰川作用最强的地区。
蓝色星球历史上最近的一次大冰期。自新第三纪出现冰期与间冰期交替，一直延续至今。早在渐新世南极就开始出现冰盖，中新世中期冰盖已具规模，是最早进入冰期的地区。第四纪初期的冰期环境波及全球，中期达到最盛，所以晚新生代大冰期主要指第四纪冰期。当时，北半球有两个大冰盖，即斯堪的纳维亚冰盖和北美劳伦冰盖。前者的南界到达北纬50°，后者达北纬38°附近。此外，在中、低纬的一些高山区还发育了山麓冰川或小冰帽。大约在八千~一万年前，全球又普遍转暖，大量冰川和冰盖消失或收缩，地球进入冰后期。但是，诸大陆的冰川和冰盖并未完全消失。
第四纪冰期的划分如下：1世界的划分。1901~1909年德国a.彭克和e.布吕克纳陆续发表《冰川时期的阿尔卑斯山》(3卷)，书中根据欧洲阿尔卑斯山北麓多瑙河上游几级砂砾阶地的发育，提出该山区有四次冰期和三次间冰期，由老到新分别命名为恭兹、民德、里斯和玉木冰期，恭兹-民德、民德-里斯和里斯-玉木间冰期。后来，b.艾伯尔和i.谢弗又补充了较老的多瑙冰期和更老的拜伯冰期。几十年来，阿尔卑斯冰期系统广为流传，为世界许多地区所采用，并作为典型冰期模式与世界各地对比。
二十世纪二十年代，一些学者根据北欧斯堪的纳维亚冰盖边缘活动位置，将丹麦、荷兰、德国北部和波兰的终地球经历过冰期碛系列划出4次冰期和3次间冰期，自老到新为艾尔斯特、萨勒、瓦什、维塞尔冰期，克罗默、霍尔斯坦和埃姆间冰期。
北美的冰期系列主要是按照北欧冰期划分方法确定的，根据冰碛物和终碛的位置划分出:维斯康辛、伊利诺安、堪山和内布拉斯加4个冰期及桑加蒙、雅莫斯和阿弗顿3个间冰期。世界其他一些地区也划分了本地区的第四纪冰期系列。后来，m.米兰科维奇建立的距今百万年以来太阳辐射变化曲线表明，至少可分出14~15个冰期轮回，即阿尔卑斯冰期系列中的每个冰期几乎都包含着2~3个冰期轮回。50年代发展起来的深海岩芯氧同位素研究，传统的阿尔卑斯冰期系统受到冲击，因为它不能完整地记录下气候与环境变化信息，相关的地层和地貌极易被曲解。而深海岩芯同位素可以相当完整地记录至今最为精确的更新世气候与环境变化资料，几乎不受岩芯地理位置的影响，其连续性和在全球的广泛性都是惟一可以与其他气候地层学系统的可靠资料作对比和验证的。据太平洋深海岩芯18o记录，大约90万年以来可以划分出23个18o阶段和10个完整的冰川周期(由b期到k期)，期间被11个终至界线(由1至Ⅺ)所分开。在时间序列上可与阿尔卑斯冰期系统相对比。
黄土是陆地上广泛分布的更新世必层。自第四纪初就开始发育，几乎是连续沉积到今天。由于保存着完整的黄土-古土壤沉积序列、生物化石和气候信息，它是研究大陆第四纪环境变化的最理想的对象，同时还可以和深海沉积相对比。黄土大部分是冰期时的沉积物，在欧洲和北美多分布于古冰盖的外围。在冰盖退缩的间冰期里，气候湿润，发育了棕壤，形成黄土和棕壤交替沉积剖面，记录了冰期-间冰期的气候循环。
欧洲的黄土-森林棕壤沉积层序可划分出若干沉积周期与亚周期，并可以与北欧冰期系列相对应。中国的黄土分布广，厚度可达410米。如今对陕西洛川剖面的研究表明，大约距今240万年以来，记录了11个古气候组，可与欧洲黄土沉积周期系列对比。其中距今90万年的黄土层序与海洋18o阶段1~23有较好的对应关系。
中国的划分和表现形式。中国西部高山地区的冰期划分已为人们所公认，以研究较好的喜马拉雅山珠穆朗玛峰区北坡为例，第四纪冰期划分为:a.依据希夏邦马峰北坡附近的老冰碛平台确立的早更新世的希夏邦马冰期。b.依据珠穆朗玛峰西侧聂聂雄拉高平台的冰水-冰碛沉积确立的中更新世的聂聂雄拉冰期。c.在绒布河谷中基隆寺附近的残破漂砾群及上游绒布寺的终碛垅分别代表晚更新世早期的基隆寺阶段和较晚期的绒布寺阶段，这两个阶段构成了晚更新世的珠穆朗玛冰期，也有的学者将这两个阶段划为两个独立的冰期。
关于中国东部第四纪冰期的问题，仍在争论中。1944年，李四光以庐山为样板，将中国东部第四纪冰期由老到新划分出鄱阳、大姑、庐山冰期，再加上1937年费师孟提出的末次冰期──大理冰期，建立了中国东部第四纪冰期系列。对此，一些中外学者一直持有不同意见。80年代初，施雅风等提出：除太白山、长白山主峰区及台湾中央山脉等海拔3500米以上的高山存在第四纪冰川遗迹外，长江中下游山地、广西桂林、湖北神农架、北京西山、东北大兴安岭等都缺乏可靠的古冰川证据。