在地質史上曾出現過氣候寒冷的大規模冰川活動的時期，稱為冰河期（iceage），依照動物化石的發現，冰河期共降臨過三次，即前寒武晚期、石炭-二疊紀和第四紀，其氣溫比現在地球的平均氣溫大概低五到十度，所以造成了廣泛的物種滅絕。
相比之下，人類文明史上所出現的較為寒冷的日子被稱為小冰河期（Little Ice Age），這個概念是由美國地質學家弗朗索瓦·埃米爾·馬泰在1939年時所創立，用來解釋加州一條冰河的來歷。現在一般公認這段時間開始於14世紀末、15世紀初，在歐洲恰好是中世紀結束，文藝復興開始之前，而在中國則正處於明朝中葉，在明末清初時達到了高潮，所以也被稱為「明清小冰河期」。
最早對明朝的小冰河期做出研究的中國學者是著名氣象學家竺可楨，他在《中國近五千年來氣候變遷的初步研究》引用了明遺民談遷的筆記《北遊錄》，當時是在公元1653年（順治十年）的6月（陽曆大概7月底），談遷從家鄉杭州出發，由運河坐船前往北京，在陽曆11月18日到達天津，運河已經冰凍；到20日，河冰更堅，談遷只能乘車到北京。公元1655年陽曆3月5日，談遷由京啟程返杭，運河這時才開始解凍，也就是運河封凍期共有107天之久。
水電部水文研究所整理了1930-1949年，天津附近楊柳青站所做的記錄，這20年間，運河冰凍平均每年只有56天，即封凍平均日期為12月26日，開河平均日期為2月20日。而據談遷《北遊錄》所說，那時北京運河開河日期是在驚蟄節，即陽曆3月6日，比現在要遲十二天。
竺可楨根據物候學上「生物氣候學定律」推斷，春初，在溫帶大陸東部，緯度差一度或高度差100米則物候差四天。所以可以從等溫線圖中標出北京在十七世紀中葉冬季要比現在冷2℃左右。
由於驟然加劇的極端嚴寒，不光河北，連上海、江蘇、福建、廣東等地都狂降暴雪。太湖，鄱陽湖，洞庭湖，漢水，淮河都曾經結冰，史料中有關「夏寒」，「夏霜雪」的天氣紀錄不絕如縷，而明代中葉「冬無雪」的紀錄一共才兩次：一次是明英宗天順二年（公元1458年），一次是明憲宗成化五年（公元1469年）。
而中國最冷的一段時間正好發生在16世紀末至17世紀中葉的明末，北方的酷寒使降雨區域普遍南移，導致全國各地幾乎連年遭災。先秦晉，後河洛，繼之齊、魯、吳越、荊楚、三輔，尤其是崇禎末年的全國性大旱災，從持續時間、波及範圍、受災人口來看，堪稱千年難遇的超級大災。其在公元1637年始於華北和西北地區，1638年向南擴大到皖、蘇等省，1646年終於湖南，重旱區在黃河、海河流域，如河南：
大旱遍及全省，禾草皆枯，洛水深不盈尺，草木獸皮蟲蠅皆食盡，人多飢死，餓殍載道，地大荒。
公元1639年（崇禎十二年），米價一石飆漲到了銀一兩，次年更升至銀3-5兩，「木皮石麵食盡，父子夫婦相剖啖，十亡八九」。這對於內外交困的明帝國來說是致命的一擊，長期的饑荒最終使戰亂無限制擴大，也讓滿清趁虛而入，以極少的部族人口徵服了一個大帝國。
當然氣候變冷也並非一無是處，日本學者田家康在《氣候文明史》中指出，人類在氣候變冷時會出現兩個有益的進步，一個是思想的大迸發；一個是技術的改良。
譬如在公元1600-1800年這段小冰河期，歐洲出現了思想史上的大飛躍，在17世紀第一個長達10年的嚴寒中，伽利略和克卜勒提出了地動說，英國誕生了近代實驗哲學之父：弗朗西斯·培根，法國則出現了大哲學家兼大數學家笛卡爾，近代理性時代從此開啟。可惜的是，在中國明末雖然同樣出現了徐光啟、宋應星這樣的大科學家，以及王夫之、顧炎武、黃宗羲這樣的大思想家，但因為滿清入關後的民族壓迫與思想禁錮，一度雄踞世界巔峰的中國文明不進則退，最終被歐洲後來居上，並釀成了近代被帝國殖民勢力宰割的悲劇。
其次是技術方面的進步，1570年西班牙殖民者把土豆從新大陸帶到歐洲，而土豆的生長環境特別適應於小冰河期，所以很快成為歐洲人的主食之一。因為土豆種植，歐洲饑荒的頻率大大降低了。同樣，土豆、紅薯，尤其是玉米這些抗旱高產作物在17世紀傳入中國後，作為大米的替代品也迅速普及，在歷史上的前三次小冰河期中國都要損失大約八、九成的人口，而明清換代只損失了一半多人口，不得不說是這些新作物的功勞。