第四纪灭绝事件，或称冰河时期灭绝事件，是于第四纪发生的大量巨型动物群的灭绝事件，大部份都是在过渡到全新世之间发生的。有些学者会将此次生物集群灭绝看为全新世灭绝事件之一，也有认为是独立事件。古生物学家认为其成因可能是气候转变、疾病的传播、或被人类过度猎杀等。
灭绝事件
第四纪灭绝事件主要涉及重于40公斤的大型哺乳动物。在北美洲，约有33属大型哺乳动物消失；在南美洲就有46属；澳洲有15属；欧洲有15属；而撒哈拉以南非洲就只有两属。在美洲的灭绝事件中，所有源自南美洲在南北美洲生物大迁徙中向北迁徙的也都消失。各大洲中只有南美洲及澳州涉及科以上分类的灭绝。第四纪灭绝事件的成因有两个主要的假说：气候转变及人类猎杀。
证据指某些岛上的巨型动物群比在大洲中的生存多几百万年；例如在安地列斯群岛的地懒就比在美洲的生存得较长。后者的消失是与人类到达美洲有关。同样地，真猛犸在弗兰格尔岛上也较大陆的迟7000年才消失。在偏远的科曼多尔群岛上的大海牛也较北太平洋海岸的迟几千年消失。不过，这个过度猎杀的假说也存在一问题。例如，就澳洲巨型动物群突然灭绝的时间很含糊。生物学家指在非洲及南亚或东南亚也有人类居住，但却没有大量的灭绝事件。冰河时期后非洲巨型动物群的灭绝也相隔了一段长时间。
其他的理论就指生物集群灭绝是因火流星撞击所致。不过，这些假说应该会造成即时及区域性的灭绝事件，却不能解释涉及全地球及经历几千年的灭绝事件。
主要灭绝的巨型动物群
欧亚大陆
* 真猛犸
* 披毛犀
* 大角鹿
* 似剑齿虎
* 穴狮
* 洞熊
* 洞鬣狗
* 硕鬣狗
* 西伯利亚野牛
* 巨猎豹
* 豹鬣狗
* 叙利亚骆驼
* 尖额牛
* 原牛
* 宿雾水牛
* 大河狸
* 真枝角鹿
* 嵌齿象
* 南方猛犸
* 草原猛犸
* 古菱齿象
* 剑齿象
* 古亚洲象
* 纳玛象
* 郊熊
* 小种大熊猫
* 残暴北极熊
* 恐猫
* 短剑剑齿虎
* 巨颏虎
* 后猫
* 欧美洲豹
* 原始狮
* 古中华豹
* 杨氏虎
* 龙担虎
* 穴狮
* 斯里兰卡狮
* 待兼鳄
* 前人
* 海德堡人
* 直立人
* 佛罗勒斯人
* 吕宋人
* 尼安德塔人
* 丹尼索瓦人
* 马鹿洞人
* 巨猿
* 板齿犀
* 欧洲野马
* 欧洲河马
* 巨貘
真猛犸，除了在没有人居住的弗兰格尔岛及圣保罗岛上，其他的约于12000年前消失。
地中海群岛
* 赛普勒斯侏儒河马、克里特侏儒河马、西西里马尔他侏儒河马及西西里马尔他河马
* 马略卡及梅诺卡岛的Myotragus balearicus
* 塞浦路斯的侏儒象Elephas cypriotes；西西里岛、马尔他及其他岛屿的欧洲矮象
* 克里特岛矮猛犸
* 马尔他的Cygnus falconeri
* 巨型睡鼠：Hypnomys mahonensis及Hypnomys morphaeus
* 克里特小鸮
北美洲
巨型短面熊。
在过往5万年中，包括末次冰期晚期，约有33属的大型动物于北美洲消失。当中15属约于1.15-1万年前的期间消失，仅在克洛维斯人到达北美洲之后。其他大部份的消失并不受时间的约束，但一些则肯定是在这段时期之外。相反，此段时期却只有少量细小哺乳动物消失，以往在北美洲的灭绝波浪却没有这种不平衡。
以下是在北美洲消失的动物：
* 5种美洲的马
* 拟驼
* 北美洲的大羊驼
* 2属的鹿
* 2属的叉角羚
* Cervalces scotti
* 灌木牛及林地麝牛
* 巨河狸
* 高鼻羚羊
* 畸鸟（包括泰乐通鸟）
* Neochoerus pinckneyi
* 地懒的Eremotherium及Nothrotheriops
* 巨爪地懒
* 副磨齿兽
* 雕齿兽科（雕齿兽）
* 潘帕兽科
* 巨型短面熊
* Tremarctos flordianus
* 斯剑虎
* 似剑齿虎
* 美洲拟狮
* 北美猎豹
* 更新世北美洲美洲豹
* 恐狼
* 猛犸象
* 美洲乳齿象
* 古风野牛
* 古猯属及平头猪
* 加州貘
南美洲
大地懒。
于更新世及全新世过渡期的南美洲大多都是没有结冰的，不过却同样遭遇了灭绝事件。现时仍存活的野生陆上哺乳动物都不会大于一只貘。
以下是在南美洲消失的动物：
* 致命剑齿虎及一般剑齿虎
* 巨型短面熊
* 3科的地懒
* 雕齿兽科
* 潘帕兽科
* 南美土著马
* 箭齿兽
* 长颈驼
* 居维象
* 剑乳齿象
* 德古拉吸血蝠
澳洲
双门齿兽。
澳洲发生的一连串灭绝事件要比在美洲发生的为早。大部份证据都指向人类到达之后的时期，约于5万年前，但是实际年期仍有争议。澳洲灭绝的有：
* 双门齿兽
* 大面颊兽
* 袋貘
* 巨袋鼠
* 巨型短面袋鼠
* 巨型树袋熊
* 巨针鼹
* 沃那比蛇
* 袋狮
* 袋狼
* 古巨蜥
* 沼王鳄
另外在澳洲有一些已灭绝的巨型动物群可能是古代的神秘生物，如像本耶普的双门齿兽。
非洲
* Giraffa jumae
* 西瓦鹿
* Paracamelus
* 巨疣猪
* 爪脚兽
* 惧河马
* 恐象
* 非洲猛犸
* 雷基象
* 南方古猿
* 恐狒
* 副狒
* 匠人
* 巧人
* 纳莱迪人
* 长者智人
* 卢多尔夫人
* 傍人
猎杀假说
猎杀假说尝试解释第四纪灭绝事件的发生，指人类猎杀巨型草食性动物至灭绝状况，结果令肉食性及食腐动物也很没有猎物而消失。因为在一些巨型动物群的化石旁一并发现有人类的遗骸、箭及工具，化石骨头上有伤痕，石洞壁画也描绘猎杀的境象。生物地理学证据指人类演化的地区，对比没有早期人类的澳洲、美洲、马达加斯加及新西兰等，于更新世存有较多样化的巨型动物群。所以可见在亚洲及非洲的巨型动物群已学懂如何与人类相处，反而其他地区的动物则易于被猎杀。
在一些地区人类出现的时间与灭绝事件的时间吻合，例如真猛犸在岛上生活至末次冰期之后几千年，但到了前1700年人类到达后就消失了。澳洲最早的灭绝事件在3万年前就已经完结，远早于末次冰期及气温上升等的气候转变。在新西兰最近的灭绝事件则是在500年前完结。在这段时间之间就不断发生灭绝事件，包括在北美洲、南美洲及马达加斯加，但却没有气候上的共通性。唯一共通的地方就是人类的出现。 
在澳洲的灭绝事件是与人类有关；但在北美洲的则是与气候有关。
全球性的灭绝究件似乎与人类迁徙有关，当人类到达一些地区时，灭绝事件会变得严重。但在发源地的非洲，情况是最不严重的，可见在非洲猎物是与人类的狩猎能力一同进化，学习了逃避的能力。人类走到世界各地，狩猎能力就不断进步。非洲动物演化成不惧怕人类，而其他地方的则成为了容易的猎物。
猛犸象的遗骸骨骼中发现了被抛掷的伤痕，可见人类猎杀至灭绝的可能性。
不过有意见认为当时狩猎收集者社会的出生率过低，杀死一只巨型动物已经需要付出很大的努力，更何况是将巨型动物群猎杀至灭绝状况，而且得来的肉量也远远超出他们所需。从北美洲的拉科塔可见，他们只会取其所需的美洲野牛，每只猎杀回来的野牛也会完全用上，并不会浪费。
人类到达后才出现的灭绝事件。
猎杀假说的一个变化就是过度猎杀假说。这个假说指巨型动物群是于极短的时间内消失，例如80%的北美洲大型动物就于人类到达西半球的1000年间消失。不过，这套假说仍然被受争议。
对于猎杀假说就主要有以下的质疑：
* 在掠食者及猎物的世界里，掠食者是不会过度猎杀猎物，因为猎物是其维生及繁殖的食物。不过，人类是所有掠食者中食性最广的，不单会吃动物，也会吃植物，而且人类也曾将大量动物猎杀至灭绝。
* 除了猛犸象、乳齿象、嵌齿象科及美洲野牛属外，其他的巨型动物群并没有考古学证明曾被猎杀。不过这只可能是有关的证据并没有存留下来。而生物化学分析显示一些马及骆驼被克洛维斯人的工具所宰杀。
* 被猎杀的只是少量的动物，如美洲野牛属，而非至灭绝的状况。现存的美洲野牛只是由欧亚大陆迁徙至北美洲，原先居住在北美洲的3个特有种都已经灭绝。
* 猎杀假说不能解释动物的侏儒化。很多学者却指动物的侏儒化是为了适应人类选择性猎杀大型动物的后果，于20世纪仍存在著这种情况。
* 更新世欧亚大陆的巨型动物群于差不多于同时消失，不足以适应人类猎杀的压力。不过，欧亚大陆巨型动物群的灭绝可能是北美洲的有所不同。在北美洲的大型动物是在人类突然出现而消失，欧亚大陆的事件是几千年来人类猎人向北迁徙的累积结果。
* 克洛维斯人是否第一批到达新世界的人类现被受争议。
气候转变假说
于19世纪末及20世纪初，科学家第一次发现曾出现冰河时期及间冰期，且与某些动物的兴衰有关，于是结论出更新世冰河时期的完结就是灭绝事件的原凶。
不过有指这么多次的冰河时期，为何只有末次冰期与灭绝事件有关？一些证据更指这套假说不能适用于澳洲，因灭绝事件发生时期（4-5万年前）的气候是与现今的差不多，而且澳洲的巨型动物群也完全适应干旱的气候。另外，证据显示所有的灭绝事件都是在很短的时间内发生，恰巧正好是人类到达澳洲。同位素分析发现一些存留下来的物种突然转变食性来面对生存的压力。
气温上升
最明显的气候转变是在冰河时期末的气温上升。于1.5-1万年前，全球就有6℃的上升，可能就是灭绝的原因。上升的温度足以溶解威斯康辛冰期的冰川，令适应寒冷的动物死亡。大型动物身体的表面积比例也较细小动物的为少，故问题更为严重。
研究却发现间冰期的全年平均温度并不比以往1万年的气温为高，故大型动物仍能生存，较温暖的气候并非足够的解释。
再者，纵然气温上升，在弗兰格尔岛及圣保罗岛上仍生存著一些猛犸象的物种。在正常生态下，在岛内生存的群落应更为易于受害，因为在岛内的群落往往较少，，且缺乏迁徙的能力。
陆性率上升
其他科学家指极端气候的频繁，如较热的夏天及寒冷的冬天、或雨量的改变导致灭绝。研究发现林地及山簏变成草原及林地，令动物的食物量减少。草食性动物可能找不到与牠们一同演化的植物，而成为了一些含有抗草食性动物毒素植物的猎物。较短的生长季节令大型草食性动物灭绝或侏儒化。美洲野牛及反刍动物能够从有限的食物中抽取更多的养份，故能处理抗草食性动物的毒素。所以当植物变得更为专门化时，草食性动物就会失去食性的灵活性，很难寻找食物来维生及繁殖。
下降及难以预测的雨量限制了植物的生长，令陆性率增加，限制了适合繁殖的时间。这样会对大型动物造成伤害，因其繁殖季节较长及灵活性较低，而幼生会在不适当的时间出生。相反，细小的哺乳动物因生命周期、繁殖循环及妊娠期较短，能够调校自己适应新的气候。若是这样，牠们会失去较少的幼生，且能在适合生存的季节下重复繁殖。
以下是陆性率上升未能解决的问题：
* 巨型草食性动物在其他时期的相同气候下仍有繁盛的例子，例如于更新世的西伯利亚。
* 灭绝的动物所吃的食物：草，就算环境由林地及山簏变为草原，也有增加而非减少。
* 虽然马在新世界中消失，但却于16世纪成功由西班牙引入。牠们能够避开毒素找到食物，而妊娠期的时间并没有影响其繁殖。同样地，猛犸象于更新世-全新世间生存下来，到了没人居住的地中海岛及弗兰格尔岛上直至4000-7000年前。
* 若大型哺乳动物发现气温过于极端、繁殖季节太短或雨量太少时，牠们应该有能力永久或季节性迁徙。季节会按地理而改变。只要迁离赤道，草食性动物就可以找到适合生活的地方进行繁殖。现今的非洲象就会因干旱而迁徙到有水源的地方。
* 大型动物的身体内可以储存较多的脂肪，可以用来抵消于极端气候下的食物供应。
超级传染病假说
有指更新世晚期大型哺乳动物的灭绝是一种超级传染病所致，且是人类到达后的间接影响。人类与禽畜带来了一种病毒性极高的疾病，感染原住的哺乳动物，最终引致牠们的灭绝。由于细小的物种有较高的适应力，所以只有大型的物种消失。在以往也有相似的例子，如在夏威夷所爆发的禽类疟疾，就对岛上的鸟类带来巨大影响。
假说背后必需存在一些先决条件：
* 病原体必定有一个稳定的带菌者状态，可以在未有适合的宿主前自我生存；
* 病原体必须具有高度的感染率，能感染所有不同年龄及性别的个体；
* 致命率必须极高，最少达到50-75%；
* 它们能够感染多种宿主，但却对人类无害。
有指病原体是由扩展中的人类传染给家犬。但是这却不能解释很多灭绝事件，例如犬科要比人类迟3.5万年才到达澳洲，这要比灭绝事件迟3万年出现。另外大量物种，如狼、猛犸象、骆驼及马于10万年前经常穿越亚洲及北美洲，同时也会出现基因及病原体的传播。
超级传染病假说也有其缺点如下：
* 从未有发现任何疾病的证据；
* 从未有如此高病毒性的病原体出现，就算强如西尼罗河病毒，也不可能引发灭绝事件。
* 病原体应该是十分选择性，而非广泛性。因为例如美洲野牛属的三个物种会受到感染，而另一现存的却没有；又如可以杀死不会飞的鸟，但却留下近亲能飞的鸟类。
次级掠食
（上）过度猎杀假说（下）次级掠食假说。
（上）气候转变假说（中）气候转变及过度猎杀假说（下）气候转变、过度猎杀及次级掠食假说。
次级掠食假说指人类进入到新世界后，继续猎杀掠食者，产了生态不平衡，导致大洲上的物种数量过剩，耗尽环境而令环境崩坏。在智人到达新世界后，当地的掠食者与牠们一同争夺猎物，令初级掠食者不能找到足够的食物。人类开始猎杀初级掠食者，掠食已不能控制猎物的数量。由于失去了初级掠食的控制，猎物群落出现了兴衰循环，数量激增致过度牧食，令环境不能再支撑。结果草食性动物出现饥荒，寻找食物较慢的物种率先灭绝，紧接是未能从食物中有效抽取养份的动物。由于植物环境改变，引发了气候（相对湿度及陆性率）的转变，林地变为草坪。
利用电脑模型发现次级掠食比过度猎杀更为接近灭绝事件。不同假说的组合也由电脑来模拟。当过度猎杀及气候转变组合起来后，它们彼此抵消。气候转变只令植物减少，过度猎杀则令动物消失，故较少植物被吃掉。次级掠食加上气候转变会令灭绝事件恶化。
不过次级掠食也有其问题:
* 除了西伯利亚外，没有证据指人类会猎杀掠食者。
* 只预测了因气候转变而造成的大量灭绝，但不能解释为何融冰期没有灭绝事件出现，或是在欧亚大陆的灭绝事件只在高海拔地方出现。
* 假设了气候转变令植物减少，但忽略了融冰扩大了北美洲的可住地区。
* 虽然在美国南部的气候转变对植物或细小的哺乳动物只有很少的影响，但忽略了美洲热带的灾难性灭绝事件。
* 任何植物性的改变都不足以令差不多所有细小的脊椎动物灭绝。
* 假设了在草原的高灭绝率，但大部份灭绝的物种分布在多种不同的植被地区，在森林的灭绝情况也一样严重。
* 由于一些掠食者的繁殖率也很高，假说却未能解释为何牠们在缺乏竞争者下，数量上未有增加。
* 没有解释为何差不多所有已灭绝的肉食性动物都专吃巨型草食性动物，而大部份低或一般肉食性动物却能生存下来。
* 历史上未曾出现动物的兴衰循环所引发的灭绝事件。近年在美国大量猎杀掠食者也不见得出现大量植被的改变。
陨石假说
陨石假说指于12900年前，陨星或彗星撞击北美洲引发了灭绝事件，称为新仙女木事件。显微照相分析发现在北美洲6个位点的土壤中含有奈米钻石，在格陵兰冰原也有发现奈米钻石。由于并没有发现任何陨石坑及土壤中的铱含量相对较少，因此推测该天体是罕有的彗星群或球粒陨石群。
该假说推论，彗星在撞入大气后在五大湖上空爆炸，令冰盖融化，使北美大陆大部份地区陷于大火。融化的冰盖导致海水淡化，使北大西洋的温盐环流被破坏，使流向高纬度的暖流停止，北美气温骤降，最终令北半球气候急剧转变，使北半球急剧进入了一段持续1300年的冰川期（新仙女木期）。撞击事件直接冲击北美生物群，令北美早期人类克洛维斯文化消失，而气候的急剧转变也使北半球其它地区的多种大型动物最终灭绝。