Следы оледенений обнаружены и в раннем палеозое. Как это ни парадоксально, лучше всего они изучены в Сахаре. Там в породах позднего ордовика (460—430 млн. лет назад) были выработаны троги, сохранились исштрихованные ледниками скалы и другие образования, совершенно несовместимые с современной пустынной средой.
Одно из самых продолжительных оледенений развивалось и в позднем палеозое — в каменноугольном периоде и в начале пермского периода (335—260 млн. лет назад). Относящиеся к этой эпохе тиллиты встречаются в Южной Америке, Южной Африке, Австралии и Антарктиде, которые тогда образовывали единый материк Гондвану. Реконструкция его оледенения во многом способствовала возрождению концепции континентального дрейфа, выдвинутой немецким геофизиком А. Вегенером в 1912 г. и составившей основу современной глобальной тектоники.
Исследователи придерживаются мнения, что древние оледенения развивались отнюдь не в исключительных природных обстановках, а регулировались общепланетарными геологическими процессами. Поэтому не вызывает сомнения тот факт, что даже в отдаленные геологические периоды очагами оледенений тоже были горы. Они росли и разрушались, а соответственно менялась и география оледенения. Сопряженность оледенений с горообразованием установлена вполне определенно. Так, например, пермско-каменноугольному ледниковому периоду предшествовало герцинское горообразование. В глобальных ледниковых событиях установлена периодичность с интервалами порядка 150 млн. лет.
В этой последовательности бывали и исключения — до сих пор не обнаружены признаки оледенения в юрском периоде (около 180—135 млн. лет назад). Возможно, потому, что в это время не происходило интенсивного горообразования.
Наиболее детально проследить связь между орогенезом и развитием оледенения лучше всего удается на примере последнего этапа горообразования в кайнозое. Тогда в результате тектонических движений сформировались многие горные системы и материки заняли близкое к нынешнему положение на поверхности Земли. Благодаря восходящим движениям за последние несколько миллионов лет Альпы выросли на 2000 м, Гималаи — на 3000 м, а Кавказ — даже на 3500 м. Понятно, что поднятие гор существенно влияет на климат и с какого-то момента понижение температуры и рост количества осадков стимулируют накопление снега и льда.
Факты свидетельствуют, что кайнозойское оледенение началось в Антарктиде и его колыбелью были Трансантарктические горы, испытавшие поднятие в позднем палеогене, около 35 млн. лет назад. Наряду с поднятием гор оледенению способствовали другие важные палеогеографические события. Известно, что Антарктида к тому времени заняла околополюсное положение и окончательно утратила связь с Австралией. Это сопровождалось формированием циркумантарктической системы морских течений, термической изоляцией материка и соответствующей перестройкой атмосферной циркуляции, что в совокупности активизировало ледниковые процессы. Разрастаясь, горные очаги оледенения постепенно сливались и образовывали сплошной ледниковый покров, который достиг максимальных размеров около 5 млн. лет назад.
Первые ледники в северном полушарии появились значительно позднее, чем в Антарктике, — примерно 4—3 млн. лет назад. Наиболее определенные данные имеются по западному горному обрамлению Северной Америки и по Исландии. Так, в осадочных породах Исландии за последние 3,1 млн. лет зафиксировано не менее 10 ледниковых циклов. Близкая датировка начальной активизации ледниковых процессов в горах (2,06 млн. лет назад) установлена и на другом конце Земли — в Аргентинских Андах.
К настоящему времени известно немало фактов, свидетельствующих о кардинальном изменении климата и всей природы нашей планеты около 2 млн. лет назад. Важной реакцией на возросшее похолодание явилось разрастание ледников во многих горных странах. Около 1,8 млн. лет назад трансформация природной среды приобрела особенно большие масштабы и Земля вступила в современный период своего развития, называемый четвертичным. По этому периоду мы располагаем наиболее полной информацией, которая широко используется и для реконструкции горных оледенений. Конечно, и здесь в основе лежит изучение ледниковых и других генетически связанных с ними отложений. Подходы к их исследованию в принципе базируются на тех же стратиграфических, литологических и палеонтологических методах, применяемых в геологии более древних периодов.