地球古气候史的时间划分，采用地质年代表示（表8·1）。在漫长的古气候变迁过程中，反复经历过几次大冰期气候。在表8·1中列出三次大冰期，即震旦纪大冰期、石炭—二迭纪大冰期和第四纪大冰期（图8·1）。这三个大冰期都具有全球性的意义，发生的时间也比较确定。震旦纪以前，还有过大冰期的反复出现，其出现时间目前尚有不同意见。在大冰期之间是比较温暖的大间冰期。
1.震旦纪大冰期气候
震旦纪大冰期发生在距今约6亿年前。根据古地质研究，在亚、欧、非、北美和澳大利亚的大部分地区中，都发现了冰碛层，说明这些地方曾经发生过具有世界规模的大冰川气候。在我国长江中下游广大地区都有震旦纪冰碛层，表示这里曾经历过寒冷的大冰期气候。而在目前黄河以北地区震旦纪地层中分布有石膏层和龟裂纹现象，说明那里当时曾是温暖而干燥的气候。
2.寒武纪—石炭纪大间冰期气候
寒武纪—石炭纪大间冰期发生在距今约3—6亿年前。这里包括寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪和石炭纪五个地质时期，共经历3.3亿年，都属于大间冰期气候。当时整个世界气候都比较温暖，特别是石炭纪是古气候中典型的温和湿润气候。当时森林面积极广，最后形成大规模的煤层，树木缺少年轮，说明当时树木终年都能均匀生长，具有海洋性气候特征，没有明显季节区别。在我国石炭纪时期，全国都处于热带气候条件下，到了石炭纪后期出现三个气候带，自北而南分布着湿润气候带、干燥带和热带。
3.石炭—二迭纪大冰期
石炭—二迭纪大冰期发生在距今2—3亿年。从所发现的冰川迹象表明，受到这次冰期气候影响的主要是南半球。在北半球除印度外，目前还未找到可靠的冰川遗迹。这时我国仍具有温暖湿润气候带、干燥带和炎热潮湿气候带。
4.三迭纪—第三纪大间冰期气候
三迭纪—第三纪大间冰期发生在距今约2亿到200万年前，包括整个中生代的三迭纪、侏罗纪、白垩纪，都是温暖的气候。到新生代的第三纪时，世界气候更趋暖化，共计约为2.2亿年。在我国三迭纪的气候特征是西部和西北部普遍为干燥气候。到侏罗纪，我国地层普遍分布着煤、粘土和耐火粘土等，由此可以认为我国当时普遍在湿热气候控制下。侏罗纪后期到白垩纪是干燥气候发展的时期，当时我国曾出现一条明显的干燥气候带。西起新疆经天山、甘肃，向南伸至大渡河下游到江西南部都有干燥气候下的石膏层发育。到了新生代的早第三纪，世界气候更普遍变暖，格陵兰具有温带树种，我国当时的沉积物大多带有红色，说明我国当时的气候比较炎热。晚第三纪时，东亚大陆东部气候趋于湿润。晚第三纪末期世界气温普遍下降。喜热植物逐渐南退。
5.第四纪大冰期气候
第四纪大冰期约从距今200万年前开始直到现在。当冰期最盛时在北半球有三个主要大陆冰川中心，即斯堪的那维亚冰川中心：冰川曾向低纬伸展到51°N左右；北美冰川中心：冰流曾向低纬伸展到38°N左右；西伯利亚冰川中心：冰层分布于北极圈附近60°—70°N之间，有时可能伸展到50°N的贝加尔湖附近。估计当时陆地有24％的面积为冰所覆盖，还有20％的面积为永冻土，这是冰川最盛时的情况。在这次大冰期中，气候变动很大，冰川有多次进退。根据对欧洲阿尔卑斯山区第四纪山岳冰川的研究，确定第四纪大冰期中有5个亚冰期。在中国也发现不少第四纪冰川遗迹，定出4次亚冰期（表8·2）。在亚冰期内，平均气温约比现代低8°—12℃。在两个亚冰期之间的亚间冰期内，气温比现代高。北极约比现代高10℃以上，低纬地区约比现代高5.5℃左右。覆盖在中纬度的冰盖消失，甚至极地冰盖整个消失。在每个亚冰期之中，气候也有波动，例如在大理亚冰期中就至少有5次冷期（或称副冰期），而其间为相对温暖时期（或称副间冰期）。每个相对温暖时期一般维持1万年左右。目前正处于一个相对温暖的后期。
据研究，在距今1.8万年前为第四纪冰川最盛时期，一直到1. 65万年前，冰川开始融化，大约在1万年前大理亚冰期（相当于欧洲武木亚冰期）消退，北半球各大陆的气候带分布和气候条件基本上形成为现代气候的特点。
