Уже с конца палеолита в древней Европе наблюдается неравномерность экономического и культурного развития: неолит на юго-востоке, а затем и в Центральной Европе существует параллельно с мезолитом на севере и востоке Европы, а энеолит на юго-востоке Европы — параллельно неолиту на западе, севере и востоке Европы. Ранний бронзовый век Эгеиды совпадает с поздним энеолитом в Подунавье и Центральной Европе, энеолитом юга Восточной Европы и поздним неолитом Северной и Северо-Восточной Европы. Поэтому все большее значение, особенно в сводных и обобщающих работах, начинает приобретать абсолютная хронология, тем более что наряду со старой гляциальной, исторической хронологией в настоящее время все чаще используются естественнонаучные методы датирования. Наибольшее применение в археологии получил радиоуглеродный метод. Ниже радиоуглеродное датирование используется для всех периодов от среднего палеолита до начала II тыс. до н.э.
Древний человек появился в Европе в четвертичный, или ледниковый, период. Для этого периода характерно развитие материковых ледниковых покровов, проникавших далеко на юг, в области с умеренным (в настоящее время) климатом.
Наступление четвертичного периода определяется появлением современной фауны с такими характерными животными, как слон (Elephas) и лошадь (Equus). Именно они впервые встречены в виллафранкских отложениях Северной Италии. Ученые, которые относят виллафранкские отложения целиком к четвертичному периоду, определяют продолжительность последнего в 2,8 или 3-3,5 млн. лет.
Общепризнано деление четвертичного периода на более раннюю часть (плейстоцен) и более позднюю (голоцен), причем границей между ними принято считать окончание последнего оледенения — около 10 тыс. лет назад. Плейстоцен, который обычно делят на нижний, средний и верхний, характеризуется значительными колебаниями температуры. Холодные климатические периоды ассоциируются с оледенениями. Периоды с более теплым климатом, которые падают на время между оледенениями, называются межледниковьями, или интергляциалами. Внутри больших периодов были и малые климатические колебания. Количество оледенений в плейстоцене Европы определяется по-разному. В пределах европейской части СССР насчитывают шесть оледенений, в Центральной Европе — шесть-семь.
В нижнем плейстоцене Европы (2,5 млн.-700 тыс. лет назад) насчитывают два-три оледенения (Бибер, Дунай, Гюнц по так называемой альпийской схеме); в среднем (700 тыс.-125 тыс. лет назад) — два оледенения (Миндель и Рисс), причем рисское оледенение — самое значительное в Европе; в верхнем — лишь одно оледенение, вюрмское, но с несколькими колебаниями (стадиалами) внутри (Вюрм I-IV). Альпийская система оледенений чаще всего увязывается с археологическими памятниками палеолита для их геологического датирования.
Основными центрами оледенений в Европе были Скандинавия, где толща ледника доходила до 3 км, Новая Земля и Северный Урал. В период максимального рисского оледенения льды, расходясь из скандинавского центра, покрывали Европу приблизительно до северных границ Карпатского бассейна. На Русской равнине льды проникали по долинам Днепра и Дона далеко на юг. К концу же плейстоцена ледник покрывал только Скандинавский полуостров.
До начала плейстоценовых материковых оледенений в Северной Европе существовали темнохвойные леса таежного типа из елей, пихт, сосен с лиственницей, березой и ольхой. В среднем плейстоцене усиливающееся похолодание сильнее всего сказалось именно в области морского климата Северной Европы. По соседству с ледяными щитами широко распространились ландшафтные зоны тундры и холодной степи с мхами, осоками, разнотравьем, карликовыми березами и ивами.
Во время последнего (вюрмского) оледенения тундра и холодные степи продвинулись на юг до Пиренеев, Альп, Динарских гор и Кавказа. В Средиземноморье еще сохранялась лесная растительность, в основном хвойная, но с участием широколиственных пород. Изменение растительности в плейстоцене характеризовалось скорее миграциями сообществ, чем их эволюцией.
В нижнем плейстоцене в Европе обитала довольно теплолюбивая фауна, южные животные проникали в высокие широты. В Европе жили представители африканских сообществ, вплоть до Англии были распространены гиппопотамы и слоны с прямыми бивнями. Млекопитающие Северной Европы были представлены лесными сообществами. В связи с похолоданием в фауне млекопитающих широко распространились холодоустойчивые элементы. Лесные сообщества уступили господствующее положение тундровым, которые освоили перигляциальную зону. Приспособление к холодному климату у млекопитающих выразилось в увеличении размеров животных, создании жирового покрова, развитии волосяного покрова (мамонт, шерстистый носорог), использовании пещер для обитания (пещерный медведь, пещерный лев).