石炭纪二叠纪大冰期气候的波动可细分为5个阶段，其具体特点如下：
1）太原组沉积时期到山西组沉积早期：气候温暖潮湿，大量发育煤层和碳酸盐岩，岩石颜色以灰色、深灰色、灰白色为主，泥岩具有较高的高岭石质量分数和较高的风化程度，反映了温暖潮湿的气候条件，沉积环境逐渐由海相向陆相过渡。
2）山西组沉积晚期到下石盒子组沉积期：气候向半干半湿及炎热转变，不发育煤层和碳酸盐岩，岩石颜色由以灰色调为主向紫红色调为主转变，高岭石质量分数降低，风化程度也降低，沉积环境以三角洲—河流沉积为主。
3）上石盒子组沉积早期：气候为半湿半干及炎热为主，不发育煤层和碳酸盐岩，岩石颜色以灰色调为主，夹灰绿、灰黄色，岩石风化程度较低，沉积环境以河流相为主。
4）上石盒子组沉积晚期：气候仍以为半湿半干及炎热为主，不发育煤层和碳酸盐岩，岩石颜色由以紫红色调为主，紫红色泥岩中发育大量的植物根迹化石，岩石风化程度升高，高岭石质量分数增大，沉积环境以河流沉积为主。
5）石千峰组沉积时期：气候为半干旱—干旱，中下部岩石颜色以紫色、紫红色为主，含石膏结核和片状、板状透明石膏晶体。
