Paleoklimaatiliselt jagatakse kvaternaari pleistotseeniks ja holotseeniks (viimased 10 000 aastat). Ajastut iseloomustab mandrijäätumus (jääaeg), mis oli eriti ulatuslik põhjapoolkeral (haaras suure osa selle parasvöötmest) .  Kvarternaari kliima on perioodiliselt muutunud, mistõttu jääajad on vaheldunud jäävaheaegadega. Arvamused kvaternaari jäätumiste arvu kohta on erinevad (1 - 12); enamik uurijaid peab tõenäoseks 3 - 5 jäätumist. Maksimaalse jäätumise (rissi, dnepri) ajal katsid liustikud u. 3 korda suuremat ala kui nüüdisajal. Jäätumisalasid katavad liustiku-, liustikujõe- ja jääpäisjärvesetted ( moreen, liiv, kruus, viirsavi), mis moodustavad otsamoreene, oose, mõhnu jm. pinnavorme.  Jäätumisest puutumata aladel (periglatsiaalne vöönd) on iseloomulik löss.  Perioodilised kliimamuutused on mõjustanud maailmamere taset, kõikumine (eustaatilised liikumised) on ulatunud kuni 200 m-ni; meretaseme kõikumine koos maakoore neotektooniliste liikumistega on põhjustanud transgressioone ja regressioone. Eriti (kuni 2000 m) on kvaternaaris kerkinud alpi kurrutuse alad; kerkimisega kaasnes elav seismiline ja vulkaaniline tegevus.  Suhteliselt kiiresti kerkivad ka kunagised jäätumiskeskused, näit. Skandinaavia poolsaare keskosa (kuni 10 m saj-s).  Pleistotseeni floora ei erinenud oluliselt nüüdisaegsest, aga selgroogsete faunas oli pleistotseeni algul veel rohkesti neogeeni loomi (näit. mõõkhambuline tiiger, hipparion), kes elasid koos kvaternaarile eriomaste, kuid tänapäevaks väljasurnud liikidega (näit. mammut, karvane ninasarvik, koopakaru).  Kvaternaaris on arenenud inimene.  Olulised maavarad on liiv, kruus, savi, turvas, järvelubi, tervismuda, ooker, guaano. Jõesetteis on tekkinud ka metallide (kuld, plaatina) ning teemandi puistmaardlad;