Au cours des 2,5 millions d’années du Pléistocène, de nombreuses glaciations, ou avancées significatives des calottes glaciaires continentales, en Amérique du Nord et en Europe, se sont produites à des intervalles d’environ 40 000 à 100 000 ans. Les longues périodes glaciaires ont été séparées par des interglaciaires plus tempérés et plus courts.
Pendant les interglaciaires, comme celui d’aujourd’hui, le climat se réchauffe et la toundra recule dans les zones polaires à la suite des calottes glaciaires. Les forêts retournent dans des zones qui soutenaient autrefois la végétation de la toundra. Les interglaciaires sont identifiés sur terre ou dans des mers épicontinentales peu profondes par leur paléontologie. Des restes floraux et fauniques d’espèces indiquant un climat tempéré et indiquant un âge spécifique sont utilisés pour identifier des interglaciaires particuliers. Les espèces de mammifères et de mollusques, le pollen et les macro-restes de plantes (graines et fruits) sont couramment utilisés. Cependant, de nombreux autres restes fossiles peuvent être utiles: insectes, ostracodes, foraminifères, diatomées, etc. Récemment, les carottes de glace et les carottes de sédiments océaniques fournissent des preuves plus quantitatives et datées avec précision des températures et des volumes totaux de glace.
Les interglaciaires et les glaciations coïncident avec des changements cycliques de l’orbite terrestre. Trois variations orbitales contribuent aux interglaciaires. Le premier est un changement de l’orbite de la Terre autour du soleil, ou excentricité. La seconde est un décalage de l’inclinaison de l’axe de la Terre, ou obliquité. Le troisième est le mouvement oscillant de l’axe de la Terre, ou précession.
Dans l’hémisphère Sud, des étés plus chauds se produisent lorsque la moitié inférieure de la Terre est inclinée vers le soleil et que la planète est la plus proche du soleil sur son orbite elliptique. Les étés plus frais se produisent lorsque la Terre est la plus éloignée du soleil pendant l’été de l’hémisphère Sud. Ces effets sont plus prononcés lorsque l’excentricité de l’orbite est importante. Lorsque l’obliquité est grande, les changements saisonniers sont plus extrêmes.
Les interglaciaires sont un outil utile pour la cartographie géologique et pour les anthropologues, car ils peuvent être utilisés comme méthode de datation des fossiles d’hominidés.
Les brèves périodes de climat plus doux qui se sont produites pendant le dernier glaciaire sont appelées interstadiales. La plupart des interstadiaux, mais pas tous, sont plus courts que les interglaciaires. Les climats interstadiaux ont peut-être été relativement chauds, mais pas nécessairement. Parce que les périodes plus froides (stades) ont souvent été très sèches, des périodes plus humides (pas nécessairement plus chaudes) ont également été enregistrées dans les archives sédimentaires en tant qu’interstadiels.
Le rapport isotopique de l’oxygène obtenu à partir d’échantillons de carottes de sédiments du fond marin, une approximation de la température mondiale moyenne, est une source importante d’informations sur les changements du climat de la terre.
Un optimum interglaciaire, ou optimum climatique d’un interglaciaire, est la période au sein d’un interglaciaire qui a connu le climat le plus « favorable » et se produit souvent au milieu de cet interglaciaire. L’optimum climatique d’un interglaciaire suit et est suivi de phases au sein du même interglaciaire qui ont connu un climat moins favorable (mais toujours un climat « meilleur » que celui des glaciations précédentes / suivantes). Lors d’un optimum interglaciaire, le niveau de la mer atteint ses valeurs les plus élevées, mais pas nécessairement exactement en même temps que l’optimum climatique.