Geologische periode van het Kwartair, van 2,3 miljoen jaar geleden tot 10.000 jaar geleden, gekenmerkt door afwisselende koude periodes (glacialen of ijstijden) en warme tussenijstijden (interglacialen). De binnen de glacialen waargenomen relatief warme perioden worden interstadialen genoemd.
In de geologie van Drenthe zijn het Midden- en Laat-Pleistoceen van groot belang. Het Midden-Pleistoceen omvat achtereenvolgens het Cromerien (ijstijdcomplex van 750.000 tot 350.000 jaar geleden), het Elsterien (ijstijd, tot 300.000 jaar geleden), het Holsteinien (interglaciaal, tot 250.000 jaar geleden, rond Roden en Leek veen en klei uit Holsteinzee, gevormd in kustvlakte) en het Saalien (ijstijd tot 130.000 jaar geleden). Het Laat-Pleistoceen bestaat uit het Eemien (interglaciaal tot 100.000 jaar geleden) en het Weichselien (ijstijd, tot 10.000 jaar geleden). Het Pleistoceen wordt gevolgd door het Holoceen.
In het vroeg Pleistoceen gingen de afzetting van sedimenten door de zee door in een in het Tertiair gevormde kustvlakte. Later werden dikke pakketten zand aangevoerd door rivieren uit het huidige Oostzeegebied, Polen en uit het zuiden via de Rijn. Na de opbouw van deze rivierdelta stopte de afzetting door erosie, veroorzaakt door bodembeweging langs de oostrand van het dalende Noorzeebekken. De opnieuw hervatte aanvoer van riviermateriaal blijkt uit het Erzgebergte te zijn gekomen. In het midden Pleistoceen werd de Rijn, ook weer door bodembewegingen, naar het noorden geleid. In de riviervlakte die werd opgebouwd, is een laag Groene Klei afgezet waarin mariene invloeden herkenbaar zijn. Al snel verdween ook in Oost-Drenthe de invloed van de oostelijke rivieren door tektonische bewegingen en door de komst van het landijs.
Het landijs bereikte Drenthe voor het eerst met het Elsterien. De Rijn voerde tot dan vrij dikke pakketten grove zanden aan. Het landijs blokkeerde de aanvoer hiervan. Hoewel geen keileem uit deze ijstijd bekend is, bedekte waarschijnlijk een dik pakket landijs in ieder geval Noord-Drenthe. Toen zijn ook bij het afsmelten diepe depressies ontstaan, die later met potklei gevuld raakten. In het begin van het Saalien heersten hier toendra-achtige omstandigheden met smeltwaterafzettingen en afzettingen van aeolische lemen. In het tweede deel van het Saalien bereikte het landijs opnieuw Drenthe en werd de keileem afgezet. Uiteindelijk werd ook het Hunzedal uitgeslepen.
Het Laat-Pleistoceen omvat het interglaciaal Eemien en een glaciaal Weichselien. In het Eemien vond veenvorming plaats vooral in het Hunzedal langs de Hondsrug door toestroming van kwelwater. In het noordelijk vonden mariene afzettingen plaats in de Eemzee. In de bovenloop van de beken ontstond eveneens Eemveen. Tijdens het Weichselien, de laatste ijstijd, werd Nederland niet door het ijs bereikt. Er vonden onder periglaciale omstandigheden diepe insnijdingen plaats in de bevroren grond, gevolgd door opvulling met zand, veen en leemlagen. In dit glaciaal zijn de pingo's gevormd als vorstheuvels door de permafrost heen. Later overdekte het dekzand het landschap met karakteristieke landduinvormen. [van Heuveln]