第四紀地質史是第四紀壹般自然環境變遷史的組成部分，它受壹般自然環境變遷史的控制。因此，第四紀地質歷史特征也是第四紀壹般自然環境特征的壹個方面，也是由第四紀壹般自然環境特征所決定的。第四紀地質史的基本特征如下:
(壹)地質歷史記錄比較完整。
由於第四紀時期很短，第四紀各種地質作用產生的成果，即第四紀地形地貌、沈積物及其生物遺跡、地質構造、巖漿巖等地質現象及其相關的自然現象保存完好；而且這些現象大多分布在地表或近地表，易於觀測和研究，從而有助於第四紀地質歷史的恢復。此外，目前正在進行的各種地質作用是第四紀地質歷史的壹個連續過程，因此我們可以直接研究這些過程和相關現象，並進行更準確的類比，以追溯第四紀地質歷史。
重大氣候變化
第四紀地質歷史的另壹個基本特征是顯著的氣候變化。晚第三紀以來的氣候變冷過程在第四紀初期明顯加強。第四紀的氣候變化在很大程度上控制了第四紀地形、海面變化、沈積物、土壤、生物群落乃至人類的發生和發展。因此，自上世紀中葉以來，地質學家壹直把氣候的顯著變冷和地球表面廣大地區冰川的出現作為劃分上新世和更新世界線的壹個主要標誌。而這個界線就是新近系和第四紀的界線。
圖1-2只顯示了第四紀早期的氣候變化。從圖中可以看出，第三紀氣候雖有變化，但不如第四紀明顯。
研究證明第四紀的溫度變化比較大，有降溫和升溫的反復過程。第四紀溫度變化是全球性的，但在不同緯度和地區存在差異。溫度變化最明顯的是中緯度帶，兩極和赤道附近變化幅度較小。第四紀降溫期(冷期)與升溫期(暖期)的最大平均溫差計算為16-25℃。
在寒冷期，在濕潤地區，降雪量超過融雪量，降雪累積多年，部分融化壓實，變成冰川。地球上大規模出現冰川的時期被稱為冰期。冰川首先出現在極地和中緯度甚至低緯度地區的山頂。隨著氣候的不斷變冷，冰川的厚度在增加，其分布範圍也在向周邊地區擴展。這個過程叫做冰的推進。在冰河時期，冰川的最大規模達到1/3的覆蓋表面積。冰川的出現進壹步加劇了氣候的變冷。計算表明，冰河時期冰川區的平均溫度比現在低8-65438±03℃。
圖1-2中緯度地區第三紀和第四紀的平均溫度變化(根據Teichmuller)
在溫暖期，氣候比現在的平均溫度高8-13℃。冰河時期積累的冰川在溫暖時期大量融化。在冰川的邊緣和末端，消融量最大。融化使冰川厚度變小，從其邊緣和末端向冰川中心和發源地收縮。冰川厚度持續減少，冰川邊緣和末端持續萎縮。這種冰川融化導致冰川厚度變薄，冰川邊緣和末端向中心和源頭退縮的過程稱為冰川消退。陸地表面冰川的總面積和體積因冰退縮而逐漸減少。由於持續的冰川消退過程，陸地表面的冰川大範圍消失。
兩個冰川之間的溫暖時期稱為間冰期。
全新世冰川，包括現在，約占陸地表面積的1/10。認為這是冰期與間冰期的過渡時期，稱為冰後期。後冰期氣候處於冰期和間冰期的過渡位置，相對接近間冰期。
第四紀是冰期和間冰期相互交替的時期。為了表達這壹特征，在壹些地質文獻中，將第四紀稱為冰期。
冰期和間冰期是第四紀氣候周期性大規模變化的結果。在同壹個冰期，還可以劃分為壹些較小的氣候變化周期，即氣候變化較小、時間較短的幾個降溫和升溫期。這些時期造成了小範圍的短期冰進退，這被稱為冰期或stagal和間冰期或stagal。詳細的研究可以進壹步將周期性變化與較小的氣候變冷變暖區分開來，形成較小的冰前進和冰後退。
地球大部分地區的研究認為，有四個明顯的冰期，這些冰期之間有三個間冰期，第四紀有壹個後冰期。然而，在這個問題上仍然有不同的意見。
(3)第四紀生物學
根據在第四紀地層中采集的第四紀生物遺跡資料，獲得了第四紀生物世界分布、分類和發展的清晰輪廓。這些數據包括陸地和海洋生物的遺骸。由於第四紀時期較短，生物發育不如其他地質時期顯著，但有自己的特點。
第四紀生物的變化是由第四紀生態環境的變化引起的。生態環境的變化主要取決於兩個因素:氣候和構造運動。第四紀氣候的反復變冷變暖導致的冰期和間冰期的交替，造成了海平面的反復升降。但是，海面的變化造成了壹定範圍內反復的海陸變化，包括壹些陸橋的出現和消失。同時，強烈的第四紀構造運動和相關的巖漿活動也極大地改變了登陸地點和海洋地形。所有這些自然變化影響了第四紀生態環境的劇烈變化。
第四紀生態環境的變化引起了第四紀生物的遷移、重組和形態變異，以及壹些物種的滅絕和壹些新物種的出現。
由於生態環境的變化因地區而異，第四紀生物各門類的適應性也不同，所以第四紀生物的變化在地區和門類之間是不平衡的。
第四紀氣候變化及其伴隨的生態環境變化是壹種不同緯度的地帶性現象。這種變化在中緯度地區比在極地和赤道地區更明顯；而且陸地上的變化比海洋中的變化更明顯。因此，第四紀生物的變化在中緯度、高緯度和低緯度地區也更加明顯。陸生生物群的變化比海洋生物群的變化更為顯著。
第四紀海洋生物群的變化主要表現在地理分布和組合上。除了分布和組合的變化，還出現了顯著的形態變異，壹些物種已經滅絕，壹些新的物種出現。在第四紀外海和大洋中，海洋生物群的變化很小；在壹些內海或封閉的盆地，如黑海、波羅的海和地中海，這種變化是明顯的。
第四紀海洋生物群的研究主要是無脊椎動物和微型動物。第四紀海洋無脊椎動物的歷史是壹部定居和遷徙的歷史，伴隨著壹些物種的滅絕和再生。這壹結論主要是從北海、地中海等內陸海域的研究中推斷出來的。地中海第四紀動物群與現在的動物群基本相似，有壹些遙遠的北方喜冷動物的外來物種，顯示了第四紀海洋動物的遷徙。
第四紀陸生生物群明顯受到氣候變化的影響。雖然第四紀陸生生物群在冰期和間冰期交替時都有遷移、重組、消亡、再生和變異，但它們在脊椎動物、無脊椎動物和植物等不同生物中的反映是不同的。
在壹個地區，當氣候變得不適合動物生存時，動物從溫暖期到寒冷期或從寒冷期到溫暖期的變化通常是由於其分布緩慢而持續地遷移到更有利的居住區。不同的動物分布變化是由混居引起的。當冰川萎縮消失時，冰緣動物群的壹些成員，壹種生活在冰蓋附近的冰種，向冰川退縮的方向遷移；然而，其他成員仍然留在原地，成為非冰川動物的壹部分。當冰川發生和擴張時，喜冷的動物群出現，並隨著冰擴大其分布，因此非冰川地區的動物群包含冰川動物群遺留下來的外來物種。在第四紀冰期和間冰期交替期間，這種動物群的混合過程多次重復，以至於在壹般冰期和間冰期的哺乳動物動物群中都有壹些混合成分。
第四紀陸地植物群特征的形成，更多的是由於兩極向赤道的反復遷移，而不是植物本身的進化。第四紀冰川作用中斷了極地植物區系的發展，在間冰期，植物區系又恢復了。
在中緯度地帶，冰期的冰川不是連續的，而是分散的、孤立的、多中心的。中緯度冰川地區的氣候不利於植物的生長。因此，各地區的植物區系變化很大。冰期總的趨勢是中緯度帶的植物群向赤道遷移；間冰期的植物群又從赤道回到兩極。
赤道附近，第四紀氣候變化對植物區系影響不大。
由於植物群的遷移是緩慢而艱難的，在第四紀冰期和間冰期交替時期，有些植物無法回到原來的地帶，有些植物為了適應新的氣候環境而發生變異。另壹部分不能適應新的環境，所以就滅絕了。
壹般來說，植物和無脊椎動物適應性差，遷徙慢，容易滅絕和變異，其化石對氣候敏感；而哺乳動物，尤其是陸生哺乳動物，適應能力強，遷徙速度快，所以對氣候不敏感。因此，在某些情況下，雖然我們可以根據單壹植物物種推測第四紀氣候環境，但不能簡單地對哺乳動物這樣做。我們必須研究整個哺乳動物群體的特征，以減少不同物種對氣候反應的誤差。在第四紀冰期和間冰期，大多數哺乳動物的植物區系都像現在這樣超級復雜。比如在同壹個地方的單壹地層中，可以出現混合的草原和苔原動物群，也可以包含森林動物。
生物群壹般是連續的，但由於冰期的幹擾，也可以是不連續的。這也是第四紀生物學的壹個特點。
(4)第四紀沈積環境的基本特征
1.大陸沈積環境第四紀冰川的出現和消失在大陸形成了三種沈積環境，即冰川環境、冰緣環境和非冰川環境。在每壹個環境中，都有壹些特定的沈積過程和沈積物的共生組合。
(1)冰川環境冰川環境是指第四紀冰期和後冰期的冰川地區的環境。在冰川環境中，存在壹種以冰川作用為主的剝蝕沈積體系，包括風、機械風化、重力、冰川和冰水的剝蝕堆積等。在這種環境下，上述過程形成了風成沈積、機械殘留、重力沈積、冰川沈積和冰水沈積的共生組合。
(2)冰緣環境冰緣環境是指第四紀冰川周圍或冰川區外的寒冷環境。這種環境的地質作用包括凍融、機械風化、生物的侵蝕和堆積、冰水、湖泊和沼澤、風和泥(石)流等。這些作用形成的堆積物有凍土、機械殘留物、泥(石)流堆積物、生物堆積物、湖泊堆積物、風力堆積物等。
(3)非冰川環境非冰川環境是指間冰期和後冰期內陸地區廣大地區無冰川的環境。在冰河期，這種環境也可以出現在冰河期較溫暖的低緯度地區。非冰川環境可分為寒濕區、幹旱區和濕熱區。
在寒冷和潮濕的地區，冰川作用發生在第四紀冰川。但在間冰期和後冰期，隨著氣候的變暖、冰川的消失和凍土的解凍過程，再次恢復了與冰期前相似的侵蝕沈積環境。流水、湖泊和沼澤、生物和化學風化發育，它們在冰期轉化沈積物的同時，形成了具有暖濕氣候特征的沈積物共生組合。這些包括沖積沈積物、湖相沈積物、生物沈積物(泥炭、腐殖質泥等)。)和化學殘留物。此外，這壹時期生物對第四紀松散堆積物的劇烈作用也形成了土層。這種非冰川環境下第四紀沈積物的共生組合和土層，在第四紀冰期的低緯度帶也能出現。
在有第四紀冰期的地區，冰期和間冰期的交替導致間冰期沈積物和間冰期沈積物(土壤)的交替。
幹旱地區在這樣的地區，即使氣候寒冷，也無法因幹燥而形成第四紀冰川。這些地區大部分位於大陸。幹旱地區許多湖泊的湖岸和湖底沈積物的關系，以及這些湖泊的地形和沈積物與冰川和冰水的地形和沈積物的關系表明，湖泊擴張和收縮的時期對應於冰期和間冰期；這些地區湖面上升的主要原因是降水量的增加和蒸發量的減少。這是這些地區冰河時期氣候的特點。冰期時，由於氣溫降低和溫度梯度增大，鄰近地區冰蓋形成和擴展，冷空氣團和暖空氣團的強度和接觸頻率增加，降水增加。由於氣溫降低，加上臨時散落的積雪，可以減少蒸發量。結果冰雪融化的水量增加，河流的流量增加。因此，在壹些封閉的湖泊中，水位上升，壹些無水的幹旱盆地集水形成湖泊。降水量增加的時期稱為雨季。由於降水量的增加，會引起洪水的增加和大量洪積物的產生，所以多雨期也叫多雨期。降水減少的時期為間歇雨(旱)，由於幹旱和洪積的減少，又稱為間歇洪年齡。這樣，在幹旱地區，雨期(洪水期和湖泊洪水期)對應的是冰期，間歇雨期(幹旱期、洪水間歇期和湖泊收縮期)對應的是間冰期和冰後期。上述現象在幹燥非冰川環境的沙漠地區最為明顯，尤其是中國北方、中亞、北非、南北美洲的沙漠邊緣和赤道附近。
需要註意的是，湖泊的變化也可能是由其他原因引起的，包括地殼的升降、斷層運動、火山活動、湖盆所在地區的侵蝕和堆積等等。因此，在研究湖泊的變化時，需要區分這些原因引起的變化和氣候引起的變化。
濕熱地區是赤道附近的濕熱地區，第四紀氣候變冷，才造成了局部高山地區的冰川；大部分地區壹般為非冰川環境，自然環境變化不明顯。濕熱地區冰期和間冰期交替的特點是相當於冰期的多雨期和相當於間冰期的少雨期交替。這種濕熱地區陰雨期的交替，不僅造成了這裏流水和湖泊沈積的變化，還清晰地反映在殘留的紅壤剖面上，這是這類地區典型的沈積物之壹。多雨期，發育殘留紅壤；在少雨時期，殘留紅壤的發育往往停止或發展速度變慢。
2.海岸沈積環境海岸地形、沈積物、生物碎屑等方面的研究證明，第四紀的海面經歷了多次大規模的升降。
海面變化的原因很多，包括冰川因素和非冰川因素。非冰川控制因素包括海岸和海底構造運動、巖漿活動、海底沈積物堆積、海水溫度變化、平衡調整運動等。這些因素不是第四紀獨有的，但第四紀海平面變化的特殊控制因素是冰期和間冰期的交替。冰河時期，大量的水以固體的形式被封在陸地上，從陸地流向海洋的水量減少，從而導致海面下降。相反，在間冰期，由於降雪量減少，大量陸地冰被融化，冰融水回流大海，從而導致海面上升。據計算，陸地冰川融化後海平面可上升50m左右。第四紀間冰期，陸地上基本沒有冰川。所以間冰期海平面應該比現在海平面高50米。第四紀冰期冰川的體積和面積比現在大得多。在第四紀冰期，計算的海平面下降可達80-150m。
受第四紀冰川控制的海平面升降交替導致了海岸和淺海沈積以及沿海地區陸地沈積的交替。在冰期，壹部分海岸和淺海海底浮出水面並沈積陸相沈積物，包括冰川和冰水沈積物、湖泊沈積物、沖積物、風成沈積物和殘余沈積物。間冰期海平面上升時，冰期沈積的陸地沈積物被海水淹沒，被新的海岸沈積和淺海沈積覆蓋。因此，在沿海地區，冰川沈積和間冰期沈積的序列表現為海退沈積和海侵沈積的交替。
3.海洋沈積環境如果說大陸第四紀地質事件的記錄往往因沈積間斷和侵蝕而不完整或被破壞，那麽在深海和洋底的某些區域，這樣的記錄是連續的，而且相當完整。對這些記錄的研究證明，海洋沈積環境的變化不像大陸環境那樣劇烈，海水的沈積在很大程度上是連續的。然而，在許多海域，第四紀沈積受到濁流、崩塌、地滑、海底流以及大陸架和大陸坡的運土動物的幹擾和侵蝕，也會導致正常海洋產物的沈積序列不連續，沈積物的分布和類型會變得更加復雜。
海洋沈積物包括陸源碎屑沈積物、化學沈積物、有機沈積物和火山沈積物。
第四紀冰期和間冰期的交替雖然不能像大陸那樣劇烈改變海洋環境，但影響了海洋沈積環境。第四紀冰川和間冰期的交替在壹定程度上影響了海水的深度、溫度和密度，從而改變了海洋生物的組成、鹽度和生存環境，進而改變了沈積環境。在大陸冰推進過程中，壹部分海水從海洋中被抽取出來，以冰的形式封存在大陸表面；冰退了，冰雪融化了，水就可以從大陸回到海裏。冰期時，由於海水溫度降低，密度和鹽度增加，化學沈積物增多，喜冷生物增多，陸地沈積物中出現冰筏沈積和冰架沈積，部分淺海沈積物中含有大量冰水沈積物。在間冰期，由於海水的增加、海平面的上升、深度的增加、水溫的升高、海水密度和鹽度的降低、化學溶解度的增加，其化學沈積量會減少，壹些冰期的化學沈積物甚至會溶解，喜溫生物的沈積量會增加。在海洋沈積物中，冰期和間冰期的交替表現為冷沈積物和暖沈積物的交替。
(5)第四紀沈積物的基本特征
第四紀沈積物的形成發展史是第四紀地質史的重要組成部分，並受整個第四紀地質史的控制。第四紀沈積物的基本特征是由上述第四紀地質歷史的基本特征決定的。
第四紀沈積物具有以下基本特征:
1.第四紀沈積物壹般覆蓋在大陸表面，在大多數情況下，它們與下伏的前第四紀地層不整合或假整合。在海洋和壹些湖泊的底部，第四紀沈積物的沈積與前第四紀沈積物的沈積是連續的。
2.第四紀沈積物的空間分布與現代地形密切相關。在山地、大陸坡等陡凹地形中，第四紀沈積物的分布在水平延伸方向上呈散在、不連續或斑塊狀。在陸地平原、湖盆和海盆平原，第四紀沈積物的延伸相對連續。
3.由於第四紀時間較短，在大多數情況下，第四紀沈積物受到輕微的侵蝕破壞和構造變形。大部分第四紀沈積物基本無構造變形，壹般保留與地形密切相關的原始產狀。第四紀沈積物的成因類型和時代與地形密切相關。
4.第四紀沈積物的厚度與第四紀構造運動和地形起伏有關。在正向運動的高凸地形中，第四紀沈積物的厚度較小，不均勻，甚至缺乏。在負向運動發育的低窪地帶，第四紀沈積物厚度較大且均勻，厚度可達數百米甚至數千米(華北平原部分地區第四紀沈積物厚度可達2-3000米)，但多數情況下厚度在幾米至幾十米之間。
5.由於形成時間短，成巖作用失敗，第四紀沈積物大多松散。然而，術語第四紀沈積物還包括硬化火山巖、膠結角礫巖、化學巖石和其他堅硬巖石。
6.第四紀沈積物中所含生物碎屑的石化程度較淺。
7.由於沈積環境劇烈而頻繁的變化，第四紀沈積物的沈積過程，特別是陸相沈積物的沈積過程，存在著許多不連續性。這些不連續面以剝蝕面、構造不整合面以及各種成因類型的變化和更替(如第四紀冰川沈積和間冰期沈積的交替等)為特征。).
8.第四紀沈積物的形成過程仍在繼續。
9.第四紀沈積物的成因類型復雜。由於第四紀冰川的出現，第四紀沈積物的沈積環境大為復雜。與第三紀沈積環境相比，第四紀增加了冰川-冰緣環境。第四紀冰川-冰緣、幹旱、濕熱、海濱、海洋環境都有各自的地質作用組合，產生壹定的第四紀沈積物共生組合。因此，第四紀沈積物的成因類型是多樣的，其空間分布和時間分布也是顯著的、頻繁的和復雜的。
(6)第四紀構造運動
第四紀地質歷史的另壹個特征是強烈的構造運動。與歷代相比，第四紀地球表面的山都比較高。而且大陸的總體高度要比前第四紀時期大得多。大量研究資料證明，現代地形的基本輪廓主要是由新近紀-第四紀期間的構造運動所決定的。第四紀構造運動在其中起了重要作用。壹些大型地形單元(如山地、平原)和壹些次級地形單元(如山地盆地)的發育與新構造運動形成的新構造單元基本壹致。
第四紀構造運動，伴隨火山和地震活動。特別是在環太平洋和阿爾卑斯-喜馬拉雅帶，以及壹些大陸裂谷和大洋中裂谷，火山和地震活動極其頻繁。
因為第四紀構造運動控制了第四紀地貌的形成和發展，也間接控制了第四紀沈積物和生物群。