دوران يخبندان يا عصر يخبندان در اثر تغييرات آب و هوايی زمين پديد می‌آيد. در خلال تاريخ، آب و هوای زمين بار‌ها دستخوش تغييرات اساسی شده است. بين ٨٠٠ تا ٦٠٠ ميليون سال پيش در طی دوره‌ای به نام "پيش کامبريان" (Precamdrian)، زمين تغييراتی فراوانی را با عنوان عصر يخبندان تجربه کرده است. آب و هوا به شدت سرد شده است و دانشمندان معتقدند که بخش عمده و يا همه زمين چندين بار يخ زده است. زمين‌شناسان تخمين می‌زنند که زمين تاکنون ۴ بار يخ زده است. بيشتر اوقات، زمين بدون يخ بوده است. دو دوره يخبندان جزئی حدود ۴۵٠ ميليون سال پيش و ٢۵٠ ميليون سال پيش رخ داده‌اند. در چند ميليون سال اخير دمای زمين سرد شده است. از حدود ٢ ميليون سال پيش، با شروع دوره‌ای به نام "پليستوسن" يا دوره چهارم زمين‌شناسي، تجمع و انباشته شدن يخ در قاره‌ها آغاز گرديد. آخرين دوران کامل يخبندان حدود هفتادهزار سال پيش آغاز شد و گسترش آن تا ١٨ هزار سال پيش بطول انجاميد. توده‌ها و لايه‌های عظيم يخ به بيرون از بستر درياچه‌های بزرگ آمده و مسير رودخانه‌ها بسته شدند. رودخانه‌های "می سی سی پی"، "ميسوری" و "اهايو" کاملا دگرگون شدند. اين دوران يازده هزار و پانصد سال پيش به پايان رسيد.
اغلب دانشمندان معتقدند که زمين هم اکنون در دوران بين دو عصر يخبندان بسر می‌برد و عصر جديد يخبندان در راه است. اين که چرا دوران يخبندان به وقوع می‌پيوندد، دانشمندان علت واقعی اين پديده را به طور کامل در نيافته‌اند. اغلب آنان بر اين باورند که تغييرات جزئی در مدار و زاويه محور طولی زمين در اثر تاثير گرانش سيارات ديگر، باعث می‌شود که ميزان انرژی دريافتی از خورشيد تغيير کند و عصر يخبندان آغاز شود. برخی دانشمندان نيز معتقدند که تغييرات مقدار "دی اکسيدکربن" در جو زمين عامل وقوع تغييرات طولانی مدت در آب و هوای زمين می‌شود. دی اکسيدکربن، يک گاز گلخانه‌ای، گرمای خورشيد را به دام انداخته و جو زمين را گرم می‌کند. بيشتر دی اکسيدکربن موجود در زمين در سنگ‌های کربناتی مانند سنگ آهک حبس شده‌اند. آب و هوای امروز زمين می‌توانست بسيار گرم‌تر باشد اگر دی اکسيد محبوس در سنگ‌های آهک در جو زمين آزاد می‌شد. وقتی کوهستان‌هايی با سيليکات فراوان در اثر فرسايش تجزيه می‌شوند، کلسيم و منيزيم از سنگ‌ها آزاد می‌شوند. اين عناصر با آب شسته شده و به دريا می‌رسند يعنی جايی که ارگانيزم‌های زنده برای ساخت صدف‌های کربنات محافظ، اين مواد شيميايی را جذب می‌کنند. اين ارگانيزم در نهايت مرده و به کف دريا می‌رود و در آنجا با تجمع و رسوب در تشکيل سنگ‌های آهکی شرکت می‌کند. اين فرآيند که چرخه کربنات سيليکات نام دارد، دی اکسيدکربن موجود در هوا را جذب می‌کند. با کم شدن دی اکسيدکربن در هوا، گرمای خورشيد در زمين باقی نمی‌ماند در نتيجه هوا آنقدر سرد می‌شود که می‌تواند يک دوران يخبندان را آغاز کند. سنگ آهک پس از فرسايش، دی اکسيدکربن را به هوا پس می‌دهد و به اينصورت گرما را در زمين توزيع می‌کند. بعلاوه قسمتی از اين سنگ‌هابر اثر "سابداکشن" به درون جبه فرو می‌روند. در آنجا به سبب گرما و فشار زياد به مگما تبديل می‌شوند. دی اکسيدکربن موجود در مگما می‌تواند از طريق فوران‌های آتشفشانی به هوا باز پس داده شود. تئوری پردازان می‌گويند در خلال دوران "پيش کامبريان" آتشفشان‌ها مقادير زيادی دی اکسيدکربن را به جو زمين فرستاده‌اند. اين گاز به دليل تاثيرات گلخانه‌ای هوای زمين را گرم و باعث ذوب شدن يخ‌های عصر يخبندان شده است.
