A negyedkor mintegy kétmillió évvel ezelőtt kezdődött.  Viszonylagos időbeli közelsége miatt ennek a kornak az éghajlatát elég jól ismerjük, különösen az utóbbi egy millió éves intervallumét. A részletes glaciális információk (pl. tillitek, a jég mozgását jelző kőzetek, sziklák) mellett az éghajlat megítélését egyre jobban elősegíti a növényi pollenek és a fák évgyűrűinek tanulmányozása, illetve a tengeri üledék és a jégtakaró oxigénizotópos vizsgálata. Ez utóbbi abból áll, hogy korszerű módszerekkel megmérik az oxigén 18-as, és 16-os izotópjainak arányát. Minél alacsonyabb volt a jeget létrehozó hó hullásakor a hőmérséklet, annál magasabb a két izotóp aránya. Sőt ma már az is lehetséges, hogy a különböző mélységekben a jégbe zárt levegőbuborékokat kémiailag analizálják, megállapítva a levegő üvegházhatását.

Mint már említettük, a negyedkor éghajlatának leglényegesebb vonása, hogy hidegebb (jégkorszakok) és melegebb (interglaciálisok) időszakok váltogatják egymást. Elterjedt elképzelés (Milankovics-elmélet) szerint a jégkorszakok kialakulása a Föld pályaelemeinek ingadozásaival hozható összefüggésbe. Ilyen ingadozás az ellipszis alakú pálya excentricitásának (körtől való eltérésének) és a forgástengely dőlésének változása, valamint a forgástengely imbolygása (precesszió: forgás közben a tengely egy kúpot ír le) (9.7 ábra). Az excentricitás 100 ezer, a dőlésszög 43 ezer éves ciklusban változik, míg a precesszió 23 ezer éves periódusokban ingadozik.

9.7. ábra - A Föld pályaelemei (IPCC, 2007).

A pályaelemek változása a Földet érő napenergia módosulását eredményezi. Korszerű éghajlati modellekkel (lásd következő fejezet) végzett számítások azonban arra utalnak, hogy a pályaelemek periodikus ingadozásával néhány fokos átlagos hőmérséklet-változások nem magyarázhatók. Ezért ma úgy gondoljuk, hogy a pályaelemek ciklikus ingadozásai elindítják a hőmérséklet megváltozását, és egyben olyan folyamatokat váltanak ki, amelyek tovább fokozzák az eredeti változást (pozitív visszacsatolás). A pozitív visszacsatolást minden bizonnyal az üvegházhatás megváltozása idézi elő. Ezt támasztják alá az antarktiszi jégmintákban végzett vizsgálatok, amelyek eredményeit a 9.8 ábra mutatja. A görbék világosan illusztrálják a hőmérséklet és a szén-dioxid koncentráció párhuzamos menetét. Rövidebb időszakokra vonatkozó mérések azt is kimutatták, hogy a második legfontosabb üvegházhatású gáz, a metán (lásd 5. fejezet) koncentrációja szintén a hőmérséklet menetét követi.

9.8. ábra - Az üvegházhatás és az üvegházhatású gázok légköri mennyiségének változása a negyedkorban. Chapellaz, J., Barnola, J.M., Raynaud, D., Korotkevich, Y.S., Lorius, C., 1990: Ice-core record of atmospheric methane over the past 1 6 00 000 years (Nature 345, 127-131) nyomán.

A 9.9 ábra egyre rövidebb időszakokra a hőmérséklet múltbéli változását mutatja. Az ábra c részéről kitűnik, hogy mintegy 170 ezer évvel ezelőtt a Föld átlaghőmérséklete meglehetősen hideg volt (jégkorszak). 130 ezer évvel ezelőtt az éghajlat a jelenlegi interglaciálishoz volt hasonló. Az utolsó jégkorszak mintegy 20 ezer évvel ezelőtt fordult elő. A 9.9 ábra alapján az a következtetés is levonható, hogy a jégkorszakok kb. 100 ezer év, az interglaciálisok mintegy 10 ezer év alatt alakultak ki. A 20 ezer évvel ezelőtti jégkorszakot melegedés követte (lásd b rész), majd kb. i.e. 10 ezer évvel ezelőtt a hőmérséklet elérte azt az értéket, amelyet lényegében jelenleg is észlelhetünk. Igen érdekes az i.e. mintegy 9-10 ezer évvel bekövetkezett hőmérsékleti visszaesés, amelynek magyarázatára később térünk vissza. Az utolsó tízezer évben („történelmi kor”, geológiai nevén holocén) a hőmérséklet meglehetősen állandó volt, ami nagymértékben kedvezett az emberi társadalom és gazdaság fejlődésének. Különösen igaz ez a megállapítás, ha figyelembe vesszük, hogy, a mérések szerint, a jelenlegi interglaciálisban sokkal kiegyensúlyozottabb az éghajlat, mint 130 ezer évvel ezelőtt.

9.9. ábra - Globális hőmérsékletváltozás különböző időskálákon, közepes szélességeken. Graedel, T.E. és Crutzen, P.J., 1993: Atmospheric Changes. An Earth System Perspective (W.H. Freeman and Co., New York) nyomán.

Mint az ábra legfelső része mutatja az éghajlat különösen enyhe volt 500 és 1400 közötti periódusban (éghajlati optimum). Ez alatt az idő alatt telepedtek meg a vikingek Grönlandon és érték el Észak-Amerikát. Ezt 1500-1700 között hűvösebb periódus követte, amelyet „kis jégkorszaknak” nevezünk.  A kis jégkorszakban keményebbek voltak Európában a telek (pl. befagyott a Temze), és a parasztok jóval kevesebb termést takarítottak be. A szakemberek között vita folyik az 1 fokon belüli természetes hőmérsékleti ingadozások okait illetően (az ábra harmadik része). Egyre jobban teret nyer azonban az elképzelés, hogy ezeket a naptevékenység változásai váltották ki.