De sporen van uitgestrekte vergletsjeringen behoren alle tot het laatste deel van de aardgeschiedenis.
Klimaat
Het blijkt dat het klimaat van het Pleistoceen gekenmerkt is door een groot aantal schommelingen, veel groter dan met het aantal bekende grote vergletsjeringen van de gematigde streken op het noordelijke halfrond overeenkomt. Klimaatschommelingen zijn tot in de tropische gordel, zij het met geringere amplitude, herkenbaar. In de subtropische woestijngordel manifesteren zij zich gedeeltelijk door een afwisseling van regenrijkere en drogere tijden (pluvialen en interpluvialen). Radiometrische dateringen, o.a. met behulp van oceanische sedimenten, tonen aan dat de grote continentale vergletsjeringen van het noordelijk halfrond pas geruime tijd na het begin van het Pleistoceen zijn opgetreden, in Noord-Amerika eerder dan in Europa. Daarentegen dateert de Antarctische ijskap reeds uit het Mioceen, terwijl van enige plaatsen, o.a. in de Noord-Amerikaanse Cordillera, gebergtegletsjers van pliocene ouderdom bekend zijn.

2. Oudere ijstijden
Er zijn verharde morene-afzettingen (tillieten) van uiteenlopende ouderdom op alle continenten herkend.
Perm en Carboon
De best bekende sporen van oudere vergletsjeringen komen uit het Perm en het Carboon (vooral Boven-Carboon) van de zuidelijke continenten, die toen samen Gondwana vormden (zie ook continentverschuiving). Het eerst werden zulke sporen ontdekt in India en in Zuid- en Midden-Afrika. Later werden even oude tillieten ook gevonden in Australië, Zuid-Amerika en Antarctica. Glacio-mariene afzettingen in het noordoosten van Siberië zijn tot nu toe de enige (indirecte) sporen in Laurasia. Op vele plaatsen komen tillieten in verscheidene lagen boven elkaar voor, soms zelfs gescheiden door mariene (interglaciale) afzettingen, een beeld dat overeenkomst vertoont met dat van het Pleistoceen. Volgens paleomagnetische gegevens nam Gondwana in het laatste deel van het Paleozoïcum een polaire positie in. De grote verspreiding van tillieten uit die tijd laat nauwelijks een andere conclusie toe dan dat het hier gaat om uitgestrekte continentale vergletsjeringen.
Devoon en Siluur
Sporen van glacigene afzettingen uit het Devoon en het Siluur zijn schaars, gedeeltelijk ook nog van dubieuze natuur. Daarentegen zijn uit het Boven-Ordovicium van Noord-Afrika tillieten, soms met bijbehorende fluvioglaciale afzettingen, in detail beschreven. Zij zijn ook in Zuid-Amerika bekend, maar overigens zijn er slechts weinig betrouwbare gegevens over Ordovicische en Cambrische glaciaties.
Proterozoïcum
Veel beter bekend zijn de sporen van laat-proterozoïsche (precambrische) vergletsjeringen. Aanvankelijk beperkt tot gebieden om de noordelijke Atlantische Oceaan (Noorwegen, Britse eilanden, oostelijk Noord-Amerika), zijn zij later ook ontdekt in vele andere gebieden. Voor zover betrouwbare dateringen beschikbaar zijn, bestrijkt hun ouderdom een lang interval, ongeveer van 1000 tot 700, of misschien 600 miljoen jaar geleden. Oudere precambrische glacigene afzettingen tussen 3000 en 2000 miljoen jaar oud zijn uit Noord-Amerika vermeld.
Landijs was een normaal verschijnsel gedurende een groot deel van de aardgeschiedenis, zij het in sterk wisselende omvang. Zo was de aarde in het Mesozoïcum en het Paleoceen geheel of nagenoeg geheel ijsvrij.

3. Oorzaken van ijstijden
Talrijke hypothesen zijn opgesteld ter verklaring van het optreden van ijstijden en tussenijstijden (in orde van grootte van 100.000 jaar).

1. Schommelingen waaraan het aardse klimaat onderworpen is. Deze schommelingen worden toegeschreven aan de invloed van variabele parameters in de omloop van de aarde om de zon:
• De helling van de ecliptica, nu ca. 23,1°, varieert in ca. 40.000 jaar tussen 21,1° en 24,1°.
• De excentriciteit van de (ellipsvormige) aardbaan verandert met een periode van ca. 96.000 jaar.
• De derde variabele is de verschuiving (precessie) van het lentepunt, dwz. de aarde doorloopt de baan om de zon niet precies in een jaar. Het lentepunt loopt in ca. 21.000 jaar één keer rond. Deze factoren beïnvloeden de totale hoeveelheid zonnestraling die de aarde ontvangt, en ook de verdeling ervan over verschillende geografische breedten en over de seizoenen.
2. Milankoviç cycli
   James Croll (1821–1890) vestigde reeds in het midden van de vorige eeuw de aandacht op de invloed van deze factoren op het aardse klimaat. Het was echter vooral door het werk van de Servische wiskundige Milutin Milankoviç dat zij meer aandacht kregen. Milankoviç berekende voor verschillende breedtegraden de hoeveelheid door de aarde (aan de bovenkant van de atmosfeer) gedurende de laatste 600.000 jaar ontvangen zonnestraling. Enige overeenkomst tussen de stralingscurven van Milankoviç en eerder langs geologische weg gevonden verschijnselen gaven aanvankelijk aanleiding om astronomische factoren als de belangrijkste elementen ter verklaring van de afwisseling van ijstijden en tussenijstijden in het Pleistoceen te aanvaarden. Het scepticisme kreeg echter spoedig de overhand. Het ontbreken van een betrouwbare tijdschaal maakte een toetsing onmogelijk.
3. CLIMAP-project
   Nadat ouderdomsbepalingen van mariene kustterrassen die hogere interglaciale zeeniveaus weerspiegelen, en gedetailleerd stratigrafisch onderzoek van lössafzettingen reeds een eerste aanzet hadden gegeven, waren het vooral de uitkomsten van een in 1971 in de Verenigde Staten opgezet internationaal onderzoekproject (CLIMAP), die aantoonden dat de drie door Milankoviç gebruikte periodieke veranderingen van astronomische factoren een correlatie toelaten met schommelingen van het klimaat gedurende het Pleistoceen. Het project was gericht op het onderzoek van oceaansedimenten, die zich hiertoe veel beter lenen dan continentale afzettingen. Zij maken toepassing van uiteenlopende technieken mogelijk: magnetische omkeringen, radiometrische ouderdomsbepalingen, paleontologische gegevens, zuurstofisotopen, enz. Overheersend blijkt de invloed van veranderingen in de excentriciteit van de aardbaan, met een ritme van ruwweg 100.000 jaar, maar voortgezet onderzoek toonde ook de invloed van de beide andere factoren aan.
4. Overige factoren
   Deze resultaten betekenen niet dat het aangroeien en afsmelten van continentale ijskappen hetzelfde ritme volgen. Tal van andere factoren zijn daarop van invloed, zoals de geografische breedte van het gebied (de Antarctische ijskap op hoge breedte ontstond veel eerder dan de eerste ijskappen in Europa en Noord-Amerika), en de gevolgen die een gebied van hoge luchtdruk boven een ijskap zelf weer op het klimaat heeft. Ook zijn de gevolgen die schommelingen in de zonnestraling aan de bovenzijde van de atmosfeer op het klimaat uitoefenen, nog onvoldoende bekend. Uit het onderzoek van luchtbelletjes in het Groenlandse en in het Antarctische ijs is gebleken dat met de overgang van de laatste ijstijd naar het Holoceen het kooldioxidegehalte van de atmosfeer snel van 0, 020 tot 0,027% is gestegen. De oorzaak hiervan moet gezocht worden in een nieuw evenwicht tussen oceaan en atmosfeer. Het is duidelijk dat veranderingen in het aardse temperatuurregime belangrijke secundaire gevolgen hebben. Niettemin betekenden de resultaten van het CLIMAP-onderzoek een doorbraak in onze kennis over een van de fascinerende aspecten van de klimaatgeschiedenis van onze planeet.
5. Kleine temperatuursschommelingen
   Over de oorzaken van kleinere fluctuaties van het klimaat binnen glacialen en interglacialen is minder bekend. Hier is een aantal factoren in het spel, gedeeltelijk van externe oorsprong (bijv. fluctuaties in de zonne-activiteit, weerspiegeld in de intensiteit van zonnevlekken), gedeeltelijk van aardse oorsprong, bijv. mate van bewolking en omvang van sneeuw en ijs (waardoor zonnestraling wordt teruggekaatst, albedo), atmosferisch gehalte aan kooldioxide en as (beide door vulkanische activiteit), enz.

4. Oorzaak van ijstijdvakken
De drie variabele parameters (ook wel Milankoviç-factoren genoemd) zijn het gevolg van de aantrekking, die andere hemellichamen op de aardbaan en op de stand van de aardas uitoefenen. Zij moeten dus gedurende de gehele aardgeschiedenis werkzaam zijn geweest. Voor de verklaring van fluctuaties binnen vroegere ijstijdvakken (Permo-Carboon, enz.) zijn zij ook van toepassing. Voor de verklaring van het optreden van miljoenen jaren durende groepen van ijstijden (ijstijdvakken), gescheiden door veel langere tijden waarin de aarde geheel of grotendeels ijsvrij was, zijn zij niet bruikbaar. Hier komen andere factoren in aanmerking.
Land/zee-verhouding
In de eerste plaats blijkt dat uitgestrekte continentale vergletsjeringen samenvallen met grote regressies (toenemende land/zee-verhouding). Deze staan in verband met verminderde mobiliteit van de lithosfeerschollen (gereduceerd volume van het oceanische rugsysteem). Dit leidt tot verminderde intensiteit van het vulkanisme, met een afnemend kooldioxidegehalte van de atmosfeer (afnemend broeikaseffect).
Ligging continenten
Voorts valt te denken aan de algemene configuratie van oceanen en continenten, en speciaal aan de ligging van de continenten ten opzichte van de klimaatgordels. De invloed daarvan wordt direct duidelijk uit een vergelijking van de Carbonisch/Permische en de Pleistocene ijskappen. De eerste waren beperkt tot de continenten van het zuidelijke halfrond, die toen samen het supercontinent Gondwana met een polaire positie vormden. Op het noordelijke halfrond nam Laurazië toen een positie op veel lagere breedte in, zoals uit het voorkomen van carbonische steenkool en permisch zout blijkt. In het Pleistoceen was de situatie juist andersom: op het zuidelijke halfrond vrijwel geen land ten zuiden van de 40ste breedtegraad (behalve Antarctica) en op het noordelijke halfrond grote delen van de continenten op hogere breedte.
De configuratie van oceanen en continenten en het reliëf van continenten hebben invloed op het patroon van oceanische en atmosferische circulatie en kunnen remmend of stimulerend werken op het ontstaan van ijskappen. Het ziet er op het ogenblik naar uit dat het optreden van ijstijdvakken, met een andere tijdschaal dan afwisseling van ijstijden en tussenijstijden daarbinnen, in verband staat met een reeks van verschijnselen die bepaald worden door de mobiliteit van de lithosfeer.