土中各种成因的冰统称地下冰。它包括：由侵入成冰作用形成的侵入冰（由承压地下水——自由重力水贯入并冻结而成）；由分凝成冰作用形成的分凝冰（薄膜水向冻结面迁移而形成）；由胶结成冰作用形成的胶结冰（原有的孔隙水原地冻结而成）；由重复分凝机制形成的重复分凝冰（下文要详细阐述这种冰）；在寒冻裂缝中形成的冰楔冰；在有的天然或人工洞穴中由水的冻结、水汽凝结与升华形成的洞穴冰；由被土掩埋的冰川冰、雪、河冰、湖冰、海冰、冰椎冰等形成的埋藏冰等。
冰与土颗粒有着各种空间配置，称冷生构造。它可分为：整体状冷生构造，细小粒状冰与土颗粒均匀地混在一起；层状冷生构造，冰呈不同厚度的层状分布；网状冷生构造，冰呈大致连续的网状分布；斑杂状冷生构造，土颗粒或土集合体好像悬于冰中，体积含冰量很大等。它们取决于岩性、粒度、冻结速度、含水量、有无外来水源补给、土冻结前的组构等因素。
土中水变成冰时，体积增大9％。当这一过程足以引起土颗粒间的相对位移时，产生土的冻胀。前面已经提到，土冻结时的水分迁移过程，使水分相对集中，是引起冻胀的基本原因；反之，冰融化时，由于融水的排出或土的融化固结，则会产生土的沉陷。
包括水分迁移、成冰作用、冻胀、融沉等在内的土的冻融作用，是冰缘环境的主要特征。它是改造地貌的自然营力之一。例如均衡冻胀在寒冻分选、冷生蠕动、冷生风化等过程中起主要作用，而差异冻胀是冻胀丘形成的基础。融沉往往形成热融凹地、热融湖沼等。此外，冻胀与融沉是多年冻土区人工构筑物变形乃至破坏即发生冻害的两个主要原因。
那么，冻土是怎样形成的呢？
地球表面通过辐射、对流和传导，发生着复杂的热交换过程。但不管多么复杂，其最后结果，无非归结为地表吸热或散热。冷半年的时候，地表散发热量使土逐渐冷却。一般来说，当土的温度降至0℃以下时，土中水就会冻结，形成冻土。如果该处地表一年中的吸热量等于或大于散热量，则热半年时，冷半年形成的冻土就会全部融化。这类冻土就是季节冻土。反之，如果该地表一年中的吸热量小于散热量，则冷半年形成的冻土在热半年就不会全部融化而残留一部分。如果长时期地保持每年散热大于吸热这一条件，则年复一年，就能形成相当厚的多年冻土。若在土沉积的同时发生多年冻结作用，则所形成的多年冻土称共生多年冻土；在土沉积过程结束之后形成的多年冻土称后生多年冻土。多年冻土绝大多数属于后者。还有的多年冻土先是后生，后是共生，称复生多年冻土。
可见，多年冻土不仅存在于现代寒冷环境，而且发生于地球发展史的寒冷时期，是一种地带性现象。
随着地球上气候的冷暖交替，多年冻土也曾几度消长。气候变冷时，多年冻土温度降低，厚度增大，面积扩大，这一过程称多年冻土进化（加积）；反之，气候变暖时，多年冻土温度升高，厚度变薄，面积缩小，这一过程称多年冻土退化。
迄今为止，有据可查的最老的多年冻土位于北极地区北部，自60万年前形成后一直保存到现在。中更新世寒冷期形成的多年冻土也有一部分一直保存下来了（如中雅库特的多年冻土），即在至今8万年间，尽管南部地区的多年冻土形成、消失，又重新形成好多次，但这部分从来没有完全融化过。在7万年前开始的晚更新世寒冷期，由于气候严寒而干燥，多年冻土分布面积最大。欧亚大陆多年冻土的南界推进到48°N处，甚至更南。而在北美洲，至少推进到现在南界位置以南2000km处。全新世开始时（约1万年前），北极地区一些沿海低地被海水淹没，其下的多年冻土开始退化，残留者成为现今的海底多年冻土。在距今约8000～4500年间的气候最宜期，多年冻土缩小到最小的范围。在西西伯利亚以南，融化深度达到100～300m。但晚更新世形成的多年冻土没有全部融化，深处保存着残余冻土。我国满归以北和西部高山、高原区的多年冻土也没有完全融化掉。在约4500年前出现新冰期，多年冻土重新发展。这一时期形成的多年冻土在北部与残余冻土衔接在一起，但在南部，新生多年冻土厚度较小，与残余冻土不相衔接，在剖面上表现为双层结构。这一时期的多年冻土范围比更新世时小，所以在其南界以南的地下深处存在着更新世残余多年冰土。我国东北这一时期多年冻土南界在现今位置之南。在距今约1000年开始的小冰期，多年冻土南界位置受中、短气候波动的影响，有的向南推进，有的向北退缩。现代多年冻土总的来说处于退化阶段。但局部地区可因地表条件的改变而产生新生多年冻土，如在一些新形成的三角洲地区，有共生冻土生成；北极地区湖水疏干后也往往使湖下融区重新变成多年冻土。
冻土地区蕴藏着丰富的矿产、森林等资源。人类为了满足不断增长的资源、能源需求，开始向高寒区、极地和海洋进军。近三四十年来，美国、俄罗斯、加拿大等国加紧开发北极和北极近海的石油、天然气，揭开了人类大规模开发多年冻土的序幕。广阔的冻土区日渐成为人类生产、生活的场所。
但多年冻土区的自然生态环境十分脆弱。这里不仅对气候变化极为敏感，而且任何开发活动，如采矿、伐木、修路、建房等，稍不注意就会破坏地表的原始热平衡条件，改变冻土温度状况和冻融深度，最终甚至导致大面积冻土退化，使地面、植被乃至整个自然综合体发生灾难性的不可逆的变化。
地球上还有一种负温土，或因极其干燥，或因其中水分矿化度高，而处于不冻结状态，即不含冰，这类土称寒土。寒土的分布面积也不小，沿海地区有，内陆也有，尤其是湿寒土，它同样会给工程建筑带来麻烦，所以已越来越引起人们的关注。
冻土学即是研究冻土与寒土及其有关过程和现象的学科。它正是在人类与冻土区严酷的自然条件作顽强的斗争，并开发利用的过程中形成与发展起来的。1927年，М．И．Сумгин出版《苏联境内的多年冻土》一书，总结了前苏联冻土研究的主要成果，阐述了一系列的冻土学原理，标志着冻土学成为一门独立的学科。
冻土学通常包括普通冻土学、工程冻土学和农业生物冻土学等分支学科。普通冻土学研究控制冻土形成、发育和分布等各种最基本的规律，是冻土学其它分支学科的基础；工程冻土学研究保证多年冻土和深季节冻结土地区各类建筑物稳定的原理和方法；农业生物学则以寒区土壤及其与各类植物的相互作用为主要研究对象。
可见，冻土是一门与人类在寒区的生产和生活有着紧密联系的学科。