Die meisten unser heimischen Sand- und Kiesvorkommen stammen aus dem jüngsten Abschnitt der Erdgeschichte - der Quartär-Zeit, die auch als das Eiszeitalter bezeichnet wird. Das Klima dieser Epoche, die mit einer merklichen Abkühlung auf der Nordhalbkugel der Erde vor etwa 2,3 Millionen Jahren begann, wechselte mehrfach zwischen extremen Kälteperioden, den Kaltzeiten, und Warmzeiten, in denen die durchschnittlichen Temperaturen noch über den heutigen lagen. Mindestens dreimal in dieser Zeit jedoch bedeckten gewaltige Eismassen, die sich von Skandinavien nach Süden bis an den Mittelgebirgssaum und von den Alpen nach Norden vorgeschoben hatten, große Teile der Bundesrepublik. Gebiete, die nicht vom Eis bedeckt waren, unterlagen über lange Zeiträume einem eisigen Klima mit zum Teil tiefen Dauerfrostböden.
 

Unter diesen extremen klimatischen Bedingungen entstanden Sand- und Kiesablagerungen vor allem in zwei geologischen Situationen:
Im eisfreien Gletschervorland produzierte die intensive Frostverwitterung ungeheure Mengen von Gesteinsschutt, der dann von den größeren Flüssen stromabwärts transportiert und bei nachlassender Transportkraft in Form von Kies- und Sandbänken um Flussbett wieder abgelagert wurde (® Flusssande).
Andere, gletscher-nahe gebildete Sand- und Kiesvorkommen wurden durch Schmelzwässer der Gletscher abgelagert, die gröbere und feinere Gesteinspartikel aus dem Moränenschutt vor der Eisfront herausspülten und als Schmelzwassersande und -kiese im Vorland wieder absetzten.

In eiszeitlichen Sedimenten lassen sich mancherorts geologische Strukturen entdecken, die regelrechte Klimazeugen darstellen. Dazu gehören Eiskeile, die in vielen Sand- und Kiesgruben in Augenschein genommen werden (Foto rechts). Eiskeile entstehen, wenn der Untergrund bis in große Tiefen durchfriert (Permafrost). Von der Oberfläche ausgehend reißen dabei Spalten im Boden auf (in etwa vergleichbar mit ® Trockenrissen in austrocknendem Schlamm). Während der Frostperiode sind die Spalten mit Eis gefüllt, unter dessen Druck sie sich noch erweitern können. Nach dem Abschmelzen des Eises füllen sich die Frostspalten mit Bodenmaterial aus dem Randbereich oder durch jüngere Ablagerungen von oben her.
Foto rechts: typischer Eiskeil
in Schmelzwassersanden
 
Auch Tropfenböden bilden sich in Permafrostgebieten vor dem Inlandeis. Im Sommer taut dort manchmal die oberste Bodenschicht bis in geringe Tiefe auf. Diese Schicht ist dann oft stark wassergesättigt, da der weiterhin gefrorene Untergrund ein Versickern des Wassers verhindert. Ton- oder Lehmablagerungen, die sandige Schichten überdecken, können unter diesen Bedingungen wegen ihres höheren spezifischen Gewichtes langsam in den wassergesättigten Sand einsinken. Dabei entstehen tropfenförmige Strukturen aus Ton oder Lehm, die der Bodenverformung ihren Namen geben. Solche periglazialen Bodenverformungen können auch Zeitmarken darstellen, anhand derer sich eiszeitliche Geschehnisse gliedern lassen.
Foto: ein Tropfenboden in seiner idealen Ausprägung, gesehen in  einer niedersächsischen Sandgrube bei Hannover
Foto: Tropfenboden in der Senne südlich des Teutoburger Waldes (NRW). Vor dem saale-zeitlichen Gletscher wurde zunächst Vorschüttsand (V) abgelagert, der anschließend von vorrückenden Eismassen überfahren wurde. Davon zeugt eine lehmige Grundmoräne (G), die sich nach dem Rückzug des Gletschers zu einem Tropfenboden entwickelt hat. Überdeckt wird dieser durch jüngeren Nachschüttsand (N).
In Sand- und Kiesgruben, in denen eiszeitliche Sedimente gewonnen werden, sind an den Abbauwänden manchmal auch Deformationserscheinungen aufgeschlossen, die die Eisbewegung widerspiegeln. Sedimentpakete, die von vorrückenden Gletschermassen gestaucht und überfahren werden, können in Falten gelegt, in Schollen zerschuppt und gegeneinander verschoben oder schräggestellt werden. Verschiebungsbahnen (Geologen sprechen dabei von ® Störungen) sind im Profilschnitt an der sprunghaften Versetzung der Schichten zu erkennen (Foto unten). Dazu können Rutschungen auf schluffigen oder tonigen Schichten kommen, oder auch Setzungserscheinungen, von denen Schichten über abtauendem Toteis betroffen werden. Das Spektrum an Deformationsformen ist so umfangreich, dass sich ein eigener Wissenschaftszweig, die Glaziotektonik, damit befasst.
Foto: durch Eisstauchung
verursachte Falte in
Schmelzwassersanden
Foto: Störungen (Abschiebungen)
 in Schmelzwassersanden