环境演化历史中曾多次出现大规模冰期和暖期的交替。最近三次全球规模大冰期出现于第四纪（200万～300万年前）、石炭纪至二叠纪（2.7亿～3.1亿年前）和晚元古代后期（约7.0亿～7.5亿年前），间隔时间为2.6亿～3.9亿年。

大冰期内部存在明显的冰期和间冰期冷暖气候交替旋回。以第四纪大冰期为例，H.海因里希1988年在北大西洋3个钻孔（47°N，19°W附近）的深海沉积研究中，发现存在6个事件层，都以暖水型有孔虫含量减少、海水盐度降低和粗粒（＞150微米）碳酸盐碎屑快速堆积为特征。单层形成的时间仅几百年或上千年，总的时间范围处于末次冰期之内，证明冰期内部也存在气候变化。同时在格陵兰冰芯、美国佛罗里达湖泊沉积和中国黄土沉积中也陆续发现类似的末次冰期内气候波动事件。

冰期向间冰期过渡时，也容易发生一系列温度剧烈振荡，低温期可持续500～1000年。1.3万年前末次冰期消退，气候转暖，温带动物群返回北欧和加拿大东北部。北美大陆冰盖迅速融化，形成一个巨大的湖泊，排水通道流向墨西哥湾。由于冰后期的增温导致湖盆东侧的冰原破裂崩塌，大量淡水突然涌入北大西洋，墨西哥湾的海水却因流入的淡水减少而使盐度、密度显著增大，向北传送热量的湾流作用减弱，导致北大西洋的海水温度下降。大量淡水比重轻又易于结冰，很快形成海上冰盖，导致北大西洋地区重返冰期气候，喜寒性动植物群重新折返。

即使在气候温暖的埃姆（Eemian）间冰期（距今12.5万年），同样发现存在±5℃的气候突变现象。埃姆间冰期的全球气温比现在高约2℃，海平面比现在高约5米。但在间冰期的全盛期，突然出现持续70年的恶劣天气，温度下降幅度达到5℃。在间冰期内发生事件的成因较流行的解释是：间冰期增温导致冰山大规模崩塌，大西洋海水温度、盐度降低，影响到海洋传送带环流模式突变，所以在总体变暖趋势中出现突然变冷的情况。上述突发式降温事件一般被看作是地内因素对于地外动力机制的非线性反馈，或称为天气-海洋-陆面反馈的自调节作用。

生物的物种和它的个体一样，也有发生、发育和死亡的过程。地球历史中新的物种不断形成，老的物种相继灭绝。根据古生物学研究统计，最近2亿年中每百万年平均有9×10⁵种物种消失，在某些地质时期，出现许多生物门类近乎同时地和全球性地大规模灭绝，使生物界灭绝率突然升高，称为集群灭绝。已查明生物界在环境演化历史中发生过五次重大的集群灭绝事件。

美国古生物学家N.纽维尔在20世纪60年代统计了显生宙海洋和陆地无脊椎动物化石的分布资料，根据科一级生物门类的新生与灭绝百分比，绘制出变化曲线图，显示出6个灭绝高峰，加上元古宙末期埃迪卡拉（Ediacara）动物群的突然消失，则一共有7次大规模灭绝事件。它们分别发生在元古宙末（6.5亿年前）、寒武纪末（4.95亿年前）、奥陶纪末（4.35亿年前）、晚泥盆世末（3.65亿年前）、二叠纪末（2.51亿年前）、三叠纪末（2.03亿年前）和白垩纪末（0.65亿年前）。最重大的灭绝事件发生在二叠纪与三叠纪之交和白垩纪与第三纪之交，正好相当于古生代至中生代和中生代至新生代的地史发展重大转折时期。

在二叠纪末的生物集群灭绝中，生物科的数量减少52%，种的数量减少90%以上，在海洋生物界的浅水底栖生物和狭盐性生物中灭绝现象最为惨烈。关于古、中生代之交大规模生物灭绝事件的原因，曾出现过不同的解释。有人提出当时全球规模的火山活动是生物灭绝的主要原因，有人强调全球规模的海退或海侵是其主要原因。黏土岩是海侵产物，根据黏土岩形成于滞流的缺氧环境，有人又提出生物灭绝与缺氧环境有关，也有人提出可能与地外陨击作用有关。但较新的趋势是更多强调在地史重大转折时期，地球不同圈层之间必定发生过异常的相互作用事件。例如二叠纪末期全球板块运动导致联合古大陆的形成，联合古大陆对于地球内部热量的隔热效应，大规模火山爆发的放热效应，全球性海退事件和随后缺氧盆地的出现，干旱气候带的迅速扩大和陆地森林的野火事件，频繁的古地磁极性倒转和保护生命的磁盾作用减弱，以及地球内部质心偏转等。

白垩纪末期称霸地球表面1.7亿年的恐龙全部绝灭，这历来是引人注目的环境变迁之谜。事实上白垩纪末期的生物集群灭绝现象在海洋生物界中也有明显反应，其中最突出的生物集群灭绝发生在浅海浮游生物（浮游有孔虫和超微化石颗石藻）之中，但这和二叠纪末的生物灭绝事件主要发生在浅海底栖生物之中有着重要区别。另外，白垩纪组合面貌的海洋浮游生物一直持续到界线黏土之下１厘米处，黏土层之上地层中的海洋浮游生物已经完全是第三纪的组合面貌，反映中、新生代之交的生物灭绝事件突发性更加显著。美国阿佛雷兹父子于1980年应用高灵敏度的放射化学活化分析方法，在白垩纪至第三纪之交的界线黏土层中发现了铱异常。由于铱等铂族元素一般常见于地外的小天体（陨石等）中，上述界线黏土层中的铱异常高出相邻岩层平均值的30倍左右，成为证明存在地外陨击事件的有力佐证。猛烈的地外灾变事件很可能直接引起古环境急剧变化，例如最初的高温导致海水大量蒸发，大气温度升高，并引起陆地森林大火；海平面相应下降并伴随发生大规模撞击海啸，深水盆地中出现浊流沉积；大量尘埃遮天蔽日阻隔阳光而导致出现“核冬天”；北半球的陨击作用触发南半球地幔柱活动和大规模火山喷发，并降落大量硫酸雨等，都会对海洋和陆地生物产生摧毁性打击，直接或间接导致恐龙灭绝，削弱裸子植物在陆地景观中的优势地位，为新生代起哺乳动物的大发展和被子植物的兴盛腾出了生态空间。但许多古生物学家也不赞同一次撞击杀死所有恐龙的简单思考方法，他们倾向于强调地内因素（寒冷、缺氧、海退、火山等）的直接后果和生物灭绝的分阶段特征。关于白垩纪末群发灾害出现的先后顺序和相互关系，到底是偶然的地外事件打断了地球的正常演化进程，还是地球自身演化也能导致灾害群发，陨击事件只不过是雪上加霜或偶然巧合，诸如此类的问题仍是学者们继续研究的课题。

人类只有二三百万年的历史，在地球历史中被称为人类世（Anthropocene）。虽然这个时期与地质时期相比而言十分短暂，但所发生的环境变迁却更引人注目，而且某些变化还在以不同的速度和规模继续着。

仅就最近两万年来说，地球被冰川覆盖的面积已经减少为冰川全盛期的三分之一，融化的冰水使洋面上升了一百多米；而陆地由于失去了上覆冰盖的重压，局部地区上升了几百米；植物带迁移了几十个纬度；内陆湖泊时而扩大时而缩小；荒漠或者前进或者后退；许多高等哺乳动物则在所谓“更新世灭绝”的灾变中消失。较小的气候波动也导致一系列的环境变化，例如，水域鱼类分布的变化，山岳冰川的显著移动，湖泊水位的升降，洪水泛滥或者旱灾。中国历史上已经历了无数次的气候变化或波动。距今5000～8000年，相对于现今是一个高温高湿气候期，年平均气温和降水量分别比现在高2～4℃和100～200毫米，夏季风一直深入到西北。12世纪中国经历了一段低温时期，年均温比现在低1～2℃。此期的降水时空差异较大，东部和青藏高原较干旱，西北则比现在湿润。20世纪以来，中国气候呈现出干暖化的发展趋势，与北半球的气候特点一致。

环境变迁在人类历史与地质历史上的最显著区别，在于人作为环境变化的因素和受影响者的作用。按技术发展阶段划分，人类历史可分为狩猎-采集社会、农业社会和工业社会。在不同社会阶段，人类在环境变迁中的作用以及对环境变化的影响有不同表现。

狩猎者和采集者从自然环境中获取食物和其他资源，源于自然界的人类从此开始了与自然界的分离。但他们人数不多，大有自由迁移的余地；用以与环境抗争的力量仅仅是自身肌肉的能量，环境影响很小而且是局部性的，虽然火的使用开始有了较为明显的环境影响。狩猎者与采集者属于“自然界中的人”，他们通过适应自然来求得生存。

农业的发展意味着人类已从狩猎者和采集者那种“自然界中的人”变成了农民、牧民和城市居民这种开始“与自然对抗的人”，虽然其能力还只能“顺天时，量地利”。很多学者认为，人类对待自然态度的这种变化是今天环境问题的开端。

工业革命是人类对环境影响史的一个里程碑，工业社会中的人更是“与自然对抗的人”。小规模的手工生产被大规模的机器生产所取代，畜力和其他可再生能源被化石燃料取代，人均能源和资源的消耗量大大增加；科学技术突飞猛进，生产力大大提高，极大地促进了商品流通和贸易；城市化快速发展，对环境也产生了前所未有的影响。人口膨胀、资源短缺、环境恶化问题已威胁到人类自身的生存和发展。这些问题在地方尺度、区域尺度和全球尺度上都存在。20世纪中、晚期以来，人类活动所导致的温室效应增强，全球变暖已是一个不争的事实，未来气候的不稳定性还会增加，可能会产生新的环境变迁。

环境变迁（大陆移动和海洋消失）