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。