第四纪北美大陆受到多次大规模冰川的侵袭。一般划分为四次冰期，从老到新依次为内布拉斯加冰期、堪萨斯冰期、伊利诺安冰期和威斯康星冰期。最后一次冰期结束于1—1.5×104a前。堪萨斯冰期时，冰盖范围最大，几乎占大陆面积的65％，冰盖厚达2000m以上，均超过欧洲。按冰川发生的源地，北美大陆主要有三大冰川中心，即位于拉布拉多半岛中部的拉布拉多中心，位于哈得孙湾以西的基瓦丁中心和位于不列颠哥伦比亚高原中部的科迪勒拉中心。从拉布拉多中心和基瓦丁中心出发的冰川，在相当于今天五大湖以南地区合流，最南远达37°N，其南缘位置大致与密苏里河和俄亥俄河一线吻合；从科迪勒拉中心流出的冰川最南达47°N，大致以哥伦比亚河为界。此外，以格陵兰岛为中心的冰川也自成一局，冰盖范围比今天更广。北美大陆北半部只有两个地区未被冰川覆盖过：阿拉斯加内陆和威斯康星州西南部。前者因气候大陆性强，降水不足以补给冰川发育；后者因其北苏必利尔高地庇护而免遭冰蚀。
北美大陆北半部冰期前的地形广泛受到冰川作用的改造，冰川遗迹比比皆是。冰川自源地向外流动时，对地表产生强烈的腐蚀作用，因此大湖带以东和以北地区以冰蚀地貌为主。大湖带本身是冰期前的构造谷地，经冰川的刨蚀，加深加宽后积水而成的。大湖带以南地区，则盛行冰川堆积作用，以冰碛地貌为主。由于冰川的差别侵蚀和堆积作用，以及冰川本身的拦阻，冰期前的水系也受到改变和干扰。例如密苏里河和俄亥俄河原来分别呈东北向和西北向流入哈得孙湾，冰川南侵使两河的上游顺着冰川前缘发育河道，密苏里河改为东南向，俄亥俄河改为西南向，分别注入密西西比河。此外，北美冰盖区外的黄土堆积也与冰川作用有关。