後期鮮新世（約360～260万年前）以降に顕著になった，氷期・間氷期の気候変動と，地形発達（山地・海峡形成）は，日本列島の植物の分布に大きな影響を与えたと考えられる．この時代の中部・西日本の地層の年代は，地層の古地磁気測定や，火山灰層の広域対比，海水準変動に伴う海成層の分布，海洋微化石の消長などにより，海洋酸素同位体比曲線に対応する精度で決定できるようになってきた．それにより，植物相や植生の変化を地域間で比較したり，グローバルな気候変化と関連させたりできるようになった．近畿地方中部の約400万年前の大型植物化石（主に種実化石）記録からは，現在の揚子江中流域を中心に分布する樹種50種が，約330万年前以降，氷期の気候が寒冷化するたびに段階的に消滅していく様子がわかる．それらとおきかわるようにブナやスギ，ヒノキといった温帯性樹種が増加し，第四紀（約260万年前以降）後半以降にトウヒ，シラビソ，チョウセンゴヨウといった亜高山帯針葉樹林の構成樹種が氷期の化石群で多産するようになる．大型植物化石記録の多い福島・会津地域，新潟県南部，近畿地方中部，九州での植物の消長を比較すると，北の地域から南へと段階的に植物の分布域が縮小していく過程がわかる．気候の寒冷化が進行した後期鮮新世後半や前期更新世後半以降には，山地形成も同時に活発になったので，山地形成が間氷期の植物の分布拡大を制限したと考えられる．新潟南部では約140～130万年前にメタセコイアなどの日本からの絶滅種とともに，ヒメシャラやヒノキといった現在では太平洋側に分布域が偏る植物が消滅する．現在の日本海側地域の多雪気候の要因となっている，対馬暖流の日本海への流入は約168万年前以降の間氷期に始まり，冬季節風の活動や中部山岳地帯の隆起は約140万年前以降に活発になった．日本海側では氷期の気候の寒冷・乾燥化だけではなく，間氷期の多雪気候の影響もあった可能性がある．