根据植物化石的资料记载，北半球高纬度地区，在第三纪以前依然属于喜暖性森林，只是在第三纪末因为气候变冷和变干，这种森林才渐渐被亚寒带针叶林所替代。第四纪初气候进一步变冷，才为冻原形成创造了条件。东西伯利亚北部最先出现了冻原，因为在冰期，欧洲大陆、西西伯利亚和北美大部分地区为冰川所覆盖，只有东西伯利亚北部，冰川影响很小，乃存在古老的冻原核心（即托尔马乔夫所谓的“原始北极植被”），它们从山区逐渐向平原扩散。依据动物群的特点，动物学家库兹涅佐夫分析认为东西伯利亚是北极动物群的发源地。
在第四纪初期的时候，古老的冻原被分成东西两支，环绕北极伸展，形成带状分布，随着冰期与间冰期的交替，北极大陆冰盖周期性地向南扩张和收缩。与此同时，冻原生物也不断向南迁移，在这过程中，有的种类惨遭灭绝；有的种类幸存下来，并与从高山迁移下来的种类相会合。当冰川退却的时候，这些种类中的一些北移；另一些退缩到山上，在那里保存住，并成为山地冻原组成部分。比如动物中的黑缘豆粉蝶、雪兔和雷鸟等；植物中的珠牙蓼、矮桦、多瓣木、肾叶山蓼等。在这里需要特别指出，冻原带北部的形成年龄比整个冻原带还要短，因为仅在冰原后期冰期北部地区仍有冰川覆盖，所以当冰川退缩以后，才逐渐形成。因此可以说，在所有的陆地生态系统中，最年轻的便是冰原生态系统。
美国落基山高山冻原
