区分の仕方は大きくは古い方から冥王代、太古代、原生代、顕生代の4つの累代、さらに細かく 代、紀、世、期と分類されている。これらの区分は化石帯区分と呼ばれ、地層や化石の研究から導きだされたものである。これらの時代区分は動物化石を基に分類されているので、植物相の変異とはズレがある。また第四紀に関してはヒト属の時代という区分である。
地球年代学と層序学地質年代区分年代層序区分定義数および概年数
累代eon累界eonothem4累代、各5億年以上
代era界erathem10代、数億年程度
紀period系system22紀、数千万?数億年
世epoch統series34世、数千万年
期age階stage99期、数百万年
時代と層の対比
後期late上部upper
中期middle中部middle
前期early下部lower
地球年代学（英: Geochronology、地質年代学とも）で定義する累代、代、紀、世、期に相応する地層を層序学（英: stratigraphy）および地質年代層序学（英: chronostratigraphy）では累界、界、系、統、階と呼ぶ。また地球年代学で言う前期、中期、後期に対しては下部、中部、上部となる。右の表を参照。
時代区分の定義、名称や基底年代等に関しては絶えず見直されており、また合意に至っていないものも多々ある。これらは国際地質科学連合（IUGS）、国際第四紀学連合
（英語版）（INQUA）、国際層序委員会（ICS）等で検討され、4年ごとに開催される万国地質学会議（英: International Geological Congress）で批准されてきている。時代区分は化石すなわち過去の生物相に拠るものであり地域毎に特性がある。よって細かい時代区分では各大陸での様相は均一ではなく、異なった区分が提唱されることもあり、それらをすり合わせる事が国際層序委員会の主な活動の一つである。
当記事では公式・暫定を含め国際地質科学連合（IUGS）および国際層序委員会（ICS）の資料に基づき記述する。
年代の定義詳細は「国際標準模式層断面及び地点」を参照
時代区分の開始年代(基底年代)は、主にその区分に属する岩石や化石の放射年代測定によって統計誤差を伴った年代数値が割り出されているが、新生代の新第三紀以降の年代数値は、放射年代測定の結果と良く適合し、気候変動を説明出来る日射量の変動サイクル（ミランコビッチ・サイクル）による絶対年代である天文年代で定義されている。また地層・岩石や化石試料の乏しい原生代以前に関しては、端数の無い大まかな天文年代で定義されている[10]。
地球環境の変遷顕生代後半の大陸の推移 左上より
ペルム紀末頃（2.25億年前） - 三畳紀末頃（2億年前） - ジュラ紀末頃（1.5億年前） - 白亜紀末頃（6500万年前） - 現在
地球誕生以来、多くの重大事象が起き、初期の地球環境はかなり極端であったと予想されている。45.5億年前の月が出来る原因となったと思われる天体との衝突があり、地球の自転速度は月誕生直後では一日が5-8時間で、月は地球から1.5-2万キロ（現在は38万キロ）と近くにあり[11][12]、非常に大きな潮汐力であった。その後徐々に1日が長くなると同時に、月が離れていった[13]。（8.5億年前頃（新原生代）には一日は20.1時間で一年は435日であった[14]。）41億年前から38億年前の間には後期重爆撃期と呼ばれる多くの天体衝突があり、初期の地球環境は何度も破壊された。以降も直径10㎞を超える小惑星を含めた隕石の衝突があり環境を激変させた。
地球誕生直後はマグマで覆われていたが、比較的早期に冷えて固まり42億年前には既に海洋が形成されていた事が、発見された岩石情報から推定されている[15]。40億年前（太古代の初め）には地温勾配は現在の3倍程で、25億年前には2倍程になり[16]、地球が冷え地殻が形成され、マントルの対流により超大陸の形成分裂が繰り返され、火山活動・造山活動もそれに伴い引き起こされた。25億年前にはそれまでの海底での火成活動から、大規模な陸上での火山活動が起きた。
太陽の明るさは40億年前には現在の70-75%と冷たい太陽であったが[17]、温室効果ガスによると考えられ気温は現在とほぼ同じであった[18]。地磁気は32億年前には現在の50%ぐらいで初期の地球大気を太陽風から守っていた[19]。地磁気の逆転は何度も起きている。幾度もの氷河時代が訪れており特に強い氷河時代には赤道付近まで凍結する雪玉地球の状態であったと推定されている。これらの気候変動により数百メートルの幅で海水準変動が起きた。酸素濃度の推移。
地質時代のほぼ中間で大酸化イベントと呼ばれる大量の酸素放出が起き、それまでの還元環境から酸化環境となり、好気性生物の出現、その後の生物の陸上進出を可能にした。
また地学的事象との複合作用であるが、生物起源の地球環境の変化も起きており、その最たるものが24.5-18.5億年前の大酸化イベントと呼ばれる遊離酸素の大量供給である。推定では現在の大気中の酸素の約10倍の酸素がこの期間に供給され[20]（数倍から20倍とも[21]）、様々な酸化物を生成すると同時に大気中の酸素濃度がゼロから現在の10%[22]（1%とも[23]）以上になった。8-3億年前にも大気中酸素濃度の急上昇が起きており石炭紀末には最大で現在の1.7倍になったと考えられている[22]。約4億8830万 - 4億4000万年前頃にオゾン層が形成され生物の陸上進出が可能となる。
生物界の変遷生物の系統樹
冥王代には原始生命体が出現した。太古代に現生生物の共通祖先が出現した。共通祖先から3ドメインである真性細菌、古細菌、真核生物へと分岐した。
生物相はその生育環境である前述の地球環境に大きく依存している。地球誕生数億年後の冥王代末期に有機化合物（生命前駆物質）の化学進化により原始生命体誕生。太古代に地球生物の共通祖先から真性細菌と古細菌へ分岐、そして原核生物が誕生した。地質時代の前半分は遊離酸素の無い還元環境における嫌気性生物の時代であった。その後起きた大酸化イベントでは多くの嫌気性生物は絶滅し、酸化環境下での好気性生物の時代となった。
原生代には初期の大酸化イベントを境に真核生物の時代となり有性生殖が始まり、多細胞生物が誕生した。古生代の初期にはカンブリア爆発で海洋生物で堅い外骨格をまとった無脊椎動物が出現した。動物界では、カンブリア紀とオルドビス紀の無脊椎動物時代、シルル紀には昆虫の陸上進出があり、デボン紀の脊椎動物である魚類時代、石炭紀とペルム紀の両生類時代、中生代の三畳紀、ジュラ紀、白亜紀の爬虫類時代、新生代の哺乳類時代に区分されている。一方植物界では古生代のカンブリア紀、オルドビス紀、シルル紀の藻類・菌類時代（シルル紀に植物が陸上侵出した）、デボン紀、石炭紀、ペルム紀中頃までのシダ植物時代、ペルム紀中頃からジュラ紀、白亜紀中頃までの裸子植物時代、以降現在までが被子植物時代と区分されている[24]。詳細は「生命の起源」および「進化」を参照 時代区分の詳細は 「地質時代区分表 (詳細)」を参照 国際層序委員会による地質系統・地質年代表 (International Stratigraphic Chart) 2015年1月版（以降 ICS2015 と略）[25]に準拠して、地質時代の区分を概説する。
地質時代の区分
