已有足够的资料证实，与全球其它地区一样，在整个第四纪我国东北地区也曾经历了几次冷暖变化，也就是冰期及间冰期。气候变冷时期，除长白山外，其它地区是否也被冰川覆盖，目前在学术界还有争议，但对气候存在几次冷、暖交替，冷期多年冻土曾广泛发育等问题的认识却是一致的。
正如前面介绍的，东北大小兴安岭属于纬度多年冻土带。随气候冷暖变化，多年冻土的分布在水平方向上变化很大，即冻土南界曾由南向北有较大幅度的变动。前面几次冷期及暖期，冻土南界进退到何处？由于资料不足，暂还说不大确切。下面要介绍的是，第四纪晚期至今，随气候冷暖交替时，多年冻土的历史演变及南界的进退情况。
晚更新世的最后一次寒冷期，在我国东北地区，人们称它为顾乡屯寒冷期。这次寒冷期发生于距今1～7万年间。顾乡屯寒冷期，东北多年冻土的面积曾大幅度扩展，占据了大半个东北。冻土南界向南推进到辽宁西部的昌图、敖汉旗一带；在辽东半岛，由于地势较高，南界线呈舌形沿千山山脉向南突出（图25）。自西向东，当时多年冻土的南界线大体与现今年平均气温7～8℃的等温线相当。
我们知道，上述地区现在是不存在多年冻土的。那么，冻土学家又是依据什么来确定当时存在多年冻土的呢？
其一，通过野外考察发现，相当于晚更新世顾乡屯寒冷期的地层里，保留着大量的古冻土遗迹和残留的冷生微地貌形态。其中出现较多的是原生土脉、砂楔及冻融褶皱。目前已发现的古冻土遗迹分布的最南界线，达到北纬42℃左右，与上述古冻土南界大致吻合。
其二，大家知道，不同的植被类型组合生长在不同的气候环境里。大片竹林、柑桔等亚热带植物不出现在我国北方，而北方的苹果、梨树不能移植到东南沿海一带。这就是人们常说的气候环境与自然生态的统一性。也就是说，一定的植被类型组合，可以反映一定的气候环境。冻土学家就是依据这个道理，根据代表寒冷气候环境的云杉、冷杉的分布确定了过去寒冷气候环境存在的范围。他们发现三江平原、松辽平原，在相当于晚更新世的地层里含有云、冷杉孢子花粉，由此认为，当时寒冷的气候环境波及到辽河平原。同时，通过与现今生长云、冷杉林的地方的气温对比，恢复了寒冷期气候下降的幅度，并以此推算出，当时地表年平均温度为0℃的等温线位于西辽河一带。与上述古冻土遗迹最南分布线不谋而合。
其三，披毛犀、猛犸象是寒冷动物群的代表，人们公认，它们的存在是寒冷气候环境的象征。近些年来，在东北发现大量的披毛犀、猛犸象化石及残骨，出土地点达200多处，南起旅大市北抵黑龙江畔，范围遍及东北三省。经C14测定，出土的披毛犀和猛犸象化石的年龄为2～4万年。此时正是顾乡屯寒冷期鼎胜时期，其披毛犀、猛犸象是由西伯利亚南迁而来。
坡毛犀、猛犸象化石的存在虽然是寒冷气候环境的象征，但是，它们对环境也有一定的适应性，而活动也有一定的范围。因此，多年冻土南界与披毛犀、猛犸象活动的最南界线不完全是一回事，二者存在的地理纬度也有差别。据国外报导，在北美的晚更新世寒冷期，猛犸象的活动南界比当时多年冻土的南界偏南3～4个纬度；披毛犀分布的南界比冻土南界往南6～7个纬度。根据这个报导，如果将顾乡屯寒冷期披毛犀、猛犸象化石的分布最南界线向北推移4～5个纬度，其位置与从其它证据反映的顾乡屯寒冷期古冻土的南界大致吻合。
据孢粉分析得知，晚更新世顾乡屯寒冷时期的古气温，在现今多年冻土南界以北，直到黑龙江畔，年平均气温为-5～-10℃，与现今苏联外贝加尔、雅库茨克地区的气温相当，冻土发育程度远远大于现在，是连续多年冻土分布区。据推算，当时最大冻土厚度可能达到200～250米。由现今冻土南界往南，至上述顾乡屯寒冷期古冻土南界，当时的年平均气温为-5～-1℃，为岛状多年冻土分布区。那时的冻土发育状况，由南而北大体与现今大小兴安岭多年冻土的情况相似。
距今1.0～0.3万年，顾乡屯寒冷期结束，并进入全新世高温期。当时东北三省的自然条件发生了巨大变化。由于气候转暖，披毛犀、猛犸象因不适应气候环境的变化，一些强者迁回老家--北极和西伯利亚；更有一些弱者夭折此地而留下遗骨。正是这样，给我们认识古气候的历史演变提供了可靠的证据。大约距今7500～3000年，以栎树、榆树、桤树、桦树为主的阔叶林，逐渐取代了前期的针阔叶混交林，标志全新世气候转暖达到高峰。
对古今阔叶林地区的气温进行对比，推测当时东北南部和三江平原的气温比现今高3～5℃。也就是说，当时东北南部地区的气温大约是13～15℃；三江平原的气温大约是6～8℃，冻土学家以纬度增高一度，年平均气温降低1℃推算，全新世气候转暖高峰时期，东北年平均气温为0℃的等温线大约北退到现在的满归一带。随着气温回升，顾乡屯寒冷期形成的冻土层融化，冻土南界大幅度向北退缩，位置大约到满归（北纬52度）附近。北纬52度以北的顾乡屯寒冷期古冻土仅呈岛状残留；此线以南，晚更新世古冻土完全融化。
距今3,000年以来，以栎树、榆树、桤树、桦树为主要成员的全新世高温期阔叶林，又演变为针阔叶混交林。说明气候又逐渐变冷而进入距3000年来的寒冷期，即人们常说的新冰期。由植被所反映的气候环境来看，这次寒冷期的降温幅度大约比现在低2℃左右。
随着气候的逐渐变冷，高温期已融化的冻土层又重新冻结，多年冻土面积不断扩大，冻土南界向南推进，北纬52度以北，在全新世高温期残留的冻土岛日渐扩大，温度下降，并逐渐发展到现在的状态；北纬52度以南（满归以南）地区，相继形成新冻土层。冻土岛向南扩展，最后冻土南界线达到现今位置。
1983年以来，大兴安岭伊图里河（北纬50°30′）地区的一级阶地上，曾先后几次挖掘到埋藏在地下的古冰楔及冰土混合楔（图26、27），楔体顶低于最大季节融化深度。地表以下到楔顶部是泥炭，冰楔周围是灰色淤泥质亚粘土。冰楔顶宽0.15～0.2米，长1.0米左右。冰楔内含灰色泥炭土条带，条带大致平行楔壁。经C14测定，冰楔周围灰色淤泥质亚粘土及顶部泥炭的形成时间，距今4500～2000年。有了土层才能产生冰楔，这是不说自明的道理，显然，冰楔是灰色淤泥质亚土和泥炭沉积的同时或堆积之后形成的。同时也说明，伊图里河地区现存的冻土层及挖掘到的冰楔和冰土混合楔，是距今3000年新冰期的产物。
不言而喻，上述事实无疑是对东北冻土历史演变过程认识的支持和和验证。它表明，自顾乡屯寒冷期冻土形成之后，曾经历过沧桑变化，冻土南界曾有过南进、北退、再南进的复杂过程。
