地球历史上曾经数次出现相对寒冷的冰河时期。从最近一次冰期结束至今，全球平均气温已上升了5℃。是什么原因使得气候忽冷忽热？导致冰期出现的起因究竟是什么？
这个问题目前还没有一致的解释。有些科学家认为，冰期的出现与地球的年平均气温有关，只要气温发生很小的变化，就足以导致冰期的出现或结束；而气温又与大气中二氧化碳的含量有关，因为二氧化碳会强烈吸收红外线，产生温室效应，阻止地球散热。如果目前大气中的二氧化碳浓度增加一倍，就足以使地球的年平均气温上升3℃，使南极洲和北极格陵兰岛的冰原迅速全部融化。反之，如果空气中的二氧化碳含量下降到目前含量的一半，地球年平均气温就会下降3℃，引发冰期出现。
在火山活动频繁时期，大量二氧化碳被释放到空气中，从而使地球气候变暖。相反，造山运动使大片岩石暴露在空气中，岩石的风化作用会吸收二氧化碳，形成石灰石，从而使大气中的二氧化碳浓度下降。这可能是导致地球长期气候变化的原因之一。
另外一些科学家则把冰期的出现归结为天文因素，认为与地球围绕太阳运行时近日点的变动有关。塞尔维亚科学家米兰柯维奇提出，地球的倾斜度有时会稍有变动，影响到北半球接受的太阳光热辐射，从而引起地球平均温度的周期性起伏。
也有人认为，当太阳系在银河系中运行时，由于星际物质的分布不同，当经过稠密地段时，太阳辐射的传导受阻，地球接受日光较少，因而出现变冷现象。还有人提出，当太阳运行到距银河系中心最近时，亮度就会变小，使地球变冷。由于太阳系绕银河系中心一圈的公转周期大约为2.5亿年左右，恰好与地球三次冰期的时间间隔基本吻合。
还有科学家将原因归之为北极周围的地理环境。因为北冰洋几乎全部被陆地所包围，在冰期开始前的一段气候比较温暖的年代，北冰洋上没有冰，刮过北冰洋的风把水蒸气带到周围陆地形成降雪。因为冰雪和云层会把一部分太阳光反射回去，导致地球从太阳吸收的热量减少，造成气温进一步下降，最终北冰洋面全部结冰，导致冰期出现。此后，刮过北冰洋的风所带走的水蒸气就会相对减少，空气中的湿度降低，每年冬季下雪量也会相应减少，于是情况便向反面转化，一直到地球气温上升到足以把北冰洋的冰全部融化为止，这样形成一个完整的周期。