Плейстоцен – эпоха (отдел) в четвертичном периоде (продолжительность 1,5 ± 0,5 млн лет) – в течение долгого времени был синонимом названия «ледниковый период», поскольку считалось, что оледенение в Северном полушарии началось только в плейстоцене. Однако, как мы видели выше, постепенное похолодание в кайнозойской эре привело к обширным оледенениям в Северном полушарии, по крайней мере, в плиоцене, а в Южном полушарии оледенение Антарктиды началось еще раньше, в миоцене. Таким образом, в плейстоцен Земля уже вступила в фазе оледенения.

Климат этого периода имеет весьма характерные особенности. Это, прежде всего, наличие в течение всего плейстоцена полярного покровного оледене­ния, а также циклические колебания климата − последовательная смена ледниковых периодов и более теплых межледниковий, обусловленные колебаниями ледового покрова или связанные с ними. Впервые колебания ледового покрова в плейстоцене были установлены А. Пенком и Э. Брюкнером  в их классическом исследова­нии альпийского оледенения.

А. Пенк и Э. Брюкнер смогли выделить первоначально на Швабско−Баварском плато к северу от Альп четыре самостоя­тельные галечные террасы, каждая из которых в ряде мест пере­ходила в отдельную морену. Они пришли к заключению, что галечные террасы и морены связаны друг с другом генетически и образовывались во время ледниковых эпох. Четыре выделенные эпохи оледенения А. Пенк и Э. Брюк­нер назвали по именам небольших речек на Швабско−Баварском плато, начиная с самого древнего оледенения: Гюнц, Миндель, Рисс и Вюрм. Однако классические представления, полученные из геоморфологических наблюдений в Альпах, заключающиеся в том, что плейстоцен состоит из четырех ледниковых периодов (гюнц, миндель, рисс и вюрм) и трех межледниковий, оказались слишком упрощенными в свете накопленных к настоящему времени фактов. Применение изотопных, геохимических, биохронологических методов к анализу колонок бурения морского дна и ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды дало более подробную информацию об изменениях температуры и, главное, позволило разработать кислородно-изотопную шкалу, которая дает детальную хронологию холодных и теплых условий, господствовавших во время формирования ископаемых биологических остатков в донных слоях. От них можно перейти к температурам, наблюдавшимся на земном шаре во время жизни этих животных.

Таким образом, разрозненные свидетельства похолоданий и потеплений, морских трансгрессий и регрессий, которые были установлены на континентах, удалось выстроить в их временной последовательности. Каждый из упомянутых выше классических ледниковых периодов и каждое межледниковье имели сложный ход изменений температуры, отражающий, конечно, изменения климата. Самое важное открытие состоит в том, что возникновение обширных покровных оледенений может происходить за время порядка 10 тыс. лет, а время их разрушения может быть еще меньше. При этом в период максимального развития лед занимал около 9% (по другим оценкам, 14%) поверхности Земли, а его объем достигал 45·10⁶ км³, понижение уровня Мирового океана составляло величину порядка 100 м, а понижение средней глобальной температуры – порядка 10 °С. Чередование ледниковых периодов и межледниковий в плейстоцене с разной степенью детальности изучено в Альпах, Западной Европе, европейской части России, Западной Сибири и Северной Америке. Было сделано заключение, что наступление ледниковых периодов и межледниковий происходило синхронно на всем Северном полушарии. При этом на развитие ледникового покрова затрачивалось больше времени, чем на его исчезновение.