I Pleistocæn, der begyndte for 2,6 mio. år siden, ændrede klimaet sig. Det blev generelt koldere, men medskiftende kolde og varme perioder: istider og mellemistider. I istiderne blev der opbygget isskjolde forskellige steder på Jorden, der dækkede 30 % af Jordens landareal. Det isskjold, der dækkede Nordeuropa, kaldes Det Skandinaviske Isskjold. Det bredte sig ud fra den norsk-svenske fjeldkæde og nåede derfra til Danmark. I taktmed isskjoldenes vækst sank vandstanden i verdenshavene mere end 100 m i forhold til nutidens havspejl, så Danmark var landfast med Storbritannien. Uden for isen lå landskabet hen som et koldt og forblæst tundralandskab præget af jordflydning. Der har ganske vist været mange istider i løbet af Kvartærtiden, men i Danmark har man kun sikre spor efter de seneste fire: Cromer, Elster, Saale og Weichsel. Desuden er der spor fra mellemistiderne Holstein (424.000‑390.000 år før nu) og Eem (130.000‑115.000 år før nu).
Der er kun fundet enkelte forekomster af aflejringer fra Cromer (ca. 860.000‑480.000 år før nu), som er et kompleks med flere istider og mellemistider. Ved Harreskov øst for Kibæk i Midtjylland er der fundet aflejringer fra Harreskov Mellemistid, der er den ældste kendte mellemistid i Danmark, og som sandsynligvis tilhører den anden varmeperiode i Cromer.
Den første istid, der har afsat aflejringer i større dele af Danmark, er Elster (480.000‑424.000 år før nu). Her var hele landet dækket af is, og isen bredte sig ned til Holland, Nordtyskland, Polen og over til Rusland. Der var tre isfremstød, hvor det første kom fra nord, det andet fra nordøst og det sidste fra Østersøområdet. Aflejringer fra Elster kendes mest fra Fyn og Jylland. I Elster dannedes mange op til 300 m dybe dale, der ofte skærer sig ned i prækvartærlaget. De er ofte fyldt med smeltevandsaflejringer, såvel fedt smeltevandsler som sand. Dale med sandaflejringer er ofte værdifulde grundvandsmagasiner. I dalene finder man også marine aflejringer fra den efterfølgende Holstein Mellemistid.
Under Holstein Mellemistid (424.000-390.000år før nu) var klimaet varmtog fugtigt. Fordelingen af land og hav var nogenlunde som i dag. Der var dog antagelig et sund fra Esbjerg til Fredericia, og Nordsøen var forbundet med Østersøen i Nordtyskland.
Under istiden Saale (390.000‑130.000 år før nu) havde Det Skandinaviske Isskjold sin største udbredelse i Pleistocæn, og isen dækkede det meste af Holland, Nordtyskland, store dele af Polen og langt ind i Rusland. Saale er klimatisk lidt sammensat, da der også var varmere perioder i tidsintervallet. Moræneaflejringer fra denne næstsidste istid danner i dag landoverflade på bakkeøerne i Vestjylland. I den øvrige del af Danmark dækker den sidste istids aflejringer alle de ældre aflejringer.