Четвертичная система (период, или квартер), (устаревшее - антропоген), последняя система в геологической истории продолжительностью 1 800 000 лет.
Четвертичная система состоит из надразделов - плейстоцен и голоцен. Плейстоцен включает разделы - эоплейстоцен (1 800 000 - 800 000 лет) и неоплейстоцен (800 000 - 10 000 лет), которые далее подразделяются на звенья и ступени. Последним в региональной и местной стратиграфических шкалах соответствуют горизонты и свиты. Генетически они объединяются в геологические формации - аллювиальную, ледниковую и субаэральную (лессово-почвенную). Аллювиальная формация бассейна реки Дон в эоплейстоцене представлена аллювиальными свитами, объединённая в толучеевский и криушанский горизонты.
Фауна мелких млекопитающих принадлежит одесскому и таманскому фаунистическим комплексам. Магнитная полярность - обратная. К нижнему неоплейстоцену отнесены петропавловский, Покровский, ильинский, донской, мучкапский и окский горизонты (свиты), залегающие в погребенных долинах. Характерна фауна тираспольского комплекса и прямая магнитная полярность. Средний неоплейстоцен (лихвинский, калужский, чекалинский и московский горизонты) слагает 4-ю и 3-ю надпойменные террасы. Фауна сингильского и хазарского комплексов. Верхний неоплейстоцен (микулинский, калининский, ленинградский и осташковский горизонты) представлен аллювием 2-й и 1-й надпойменных террас. Фауна верхнепалеолитического комплекса. Аллювиальный комплекс каждой из надпойменных террас включает нижнюю, межледниковую аллювиальную свиту и верхнюю, перигляциальную.
Ледниковая формация Донского ледникового языка. Донская ледниковая эпоха обусловила значительной перестройки гидросети. Продолжением Суренской гряды была перегорожена основная доледниковая долина, и Верхний Дон вслед за талыми водами ледника устремился по новому современному направлению. Известен ряд других перестроек.
Климат четвертичного периода ритмично колебался от тёплых эпох к холодным с общей тенденцией нарастания холода и сухости, с максимумом похолодания в последнюю, осташковскую, ледниковую эпоху. Голоцен - это последнее межледниковье, начавшееся 10 000 лет назад, климатический оптимум которого (атлантический период) датируется от 7 000 до 5 000 лет назад.
Современный природный тренд похолодания осложнен антропогенным парниковым эффектом, вызвавшим изменение климата.
Полезные ископаемые: кирпичные суглинки, керамзитовое сырье, песчаногравийные смеси, пески строительные, стекольные и формовочные, торф, сапропель, диатомит, минеральные пигменты, подземные воды.