在地质史上曾出现过气候寒冷的大规模冰川活动的时期，称为冰河期（iceage），依照动物化石的发现，冰河期共降临过三次，即前寒武晚期、石炭-二叠纪和第四纪，其气温比现在地球的平均气温大概低五到十度，所以造成了广泛的物种灭绝。
相比之下，人类文明史上所出现的较为寒冷的日子被称为小冰河期（Little Ice Age），这个概念是由美国地质学家弗朗索瓦·埃米尔·马泰在1939年时所创立，用来解释加州一条冰河的来历。现在一般公认这段时间开始于14世纪末、15世纪初，在欧洲恰好是中世纪结束，文艺复兴开始之前，而在中国则正处于明朝中叶，在明末清初时达到了高潮，所以也被称为“明清小冰河期”。
最早对明朝的小冰河期做出研究的中国学者是著名气象学家竺可桢，他在《中国近五千年来气候变迁的初步研究》引用了明遗民谈迁的笔记《北游录》，当时是在公元1653年（顺治十年）的6月（阳历大概7月底），谈迁从家乡杭州出发，由运河坐船前往北京，在阳历11月18日到达天津，运河已经冰冻；到20日，河冰更坚，谈迁只能乘车到北京。公元1655年阳历3月5日，谈迁由京启程返杭，运河这时才开始解冻，也就是运河封冻期共有107天之久。
水电部水文研究所整理了1930-1949年，天津附近杨柳青站所做的记录，这20年间，运河冰冻平均每年只有56天，即封冻平均日期为12月26日，开河平均日期为2月20日。而据谈迁《北游录》所说，那时北京运河开河日期是在惊蛰节，即阳历3月6日，比现在要迟十二天。
竺可桢根据物候学上“生物气候学定律”推断，春初，在温带大陆东部，纬度差一度或高度差100米则物候差四天。所以可以从等温线图中标出北京在十七世纪中叶冬季要比现在冷2℃左右。
由于骤然加剧的极端严寒，不光河北，连上海、江苏、福建、广东等地都狂降暴雪。太湖，鄱阳湖，洞庭湖，汉水，淮河都曾经结冰，史料中有关“夏寒”，“夏霜雪”的天气纪录不绝如缕，而明代中叶“冬无雪”的纪录一共才两次：一次是明英宗天顺二年（公元1458年），一次是明宪宗成化五年（公元1469年）。
而中国最冷的一段时间正好发生在16世纪末至17世纪中叶的明末，北方的酷寒使降雨区域普遍南移，导致全国各地几乎连年遭灾。先*晋秦**，后河洛，继之齐、鲁、吴越、荆楚、三辅，尤其是崇祯末年的全国性大旱灾，从持续时间、波及范围、受灾人口来看，堪称千年难遇的超级大灾。其在公元1637年始于华北和西北地区，1638年向南扩大到皖、苏等省，1646年终于湖南，重旱区在黄河、海河流域，如河南：
大旱遍及全省，禾草皆枯，洛水深不盈尺，草木兽皮虫蝇皆食尽，人多饥死，饿殍载道，地大荒。
公元1639年（崇祯十二年），米价一石飙涨到了银一两，次年更升至银3-5两，“木皮石面食尽，父子夫妇相剖啖，十亡八九”。这对于内外交困的明帝国来说是致命的一击，长期的饥荒最终使战乱无限制扩大，也让满清趁虚而入，以极少的部族人口征服了一个大帝国。
当然气候变冷也并非一无是处，日本学者田家康在《气候文明史》中指出，人类在气候变冷时会出现两个有益的进步，一个是思想的大迸发；一个是技术的改良。
譬如在公元1600-1800年这段小冰河期，欧洲出现了思想史上的大飞跃，在17世纪第一个长达10年的严寒中，伽利略和开普勒提出了地动说，英国诞生了近代实验哲学之父：弗朗西斯·培根，法国则出现了大哲学家兼大数学家笛卡尔，近代理性时代从此开启。可惜的是，在中国明末虽然同样出现了徐光启、宋应星这样的大科学家，以及王夫之、顾炎武、黄宗羲这样的大思想家，但因为满清入关后的民族压迫与思想禁锢，一度雄踞世界巅峰的中国文明不进则退，最终被欧洲后来居上，并酿成了近代被帝国殖民势力宰割的悲剧。
其次是技术方面的进步，1570年西班牙殖民者把土豆从新大陆带到欧洲，而土豆的生长环境特别适应于小冰河期，所以很快成为欧洲人的主食之一。因为土豆种植，欧洲饥荒的频率大大降低了。同样，土豆、红薯，尤其是玉米这些抗旱高产作物在17世纪传入中国后，作为大米的替代品也迅速普及，在历史上的前三次小冰河期中国都要损失大约八、九成的人口，而明清换代只损失了一半多人口，不得不说是这些新作物的功劳。