冰冻圈是指地球表层连续分布且具有一定厚度的负温圈层，其显著的特点是巨大的冷储和相变潜热、以及表面具有高反照率。冰冻圈也是温室气体的源汇和气候环境的记录器，储量有巨大体积的淡水资源等，加之其变化过程、趋势和与其他圈层的相互作用，已成为当前气候系统和可持续发展研究中最活跃的领域之一。
随着全球气候显著变暖，格陵兰与南极冰盖融化、山地冰川退缩、海冰范围缩小、多年冻土退化等，导致人类赖以生存的地球环境状况急剧变化。冰冻圈萎缩导致的海平面上升、水资源格局改变、潜在的古病毒释放等等，与人类生存环境息息相关。量化与评估全球变化背景下人类活动导致的环境污染与气候变化、以及生物地球化学循环过程等，是冰冻圈化学研究领域的热点与前沿。
冰冻圈化学提供的“指纹信息”则从历史与现代视角多方位展现了冰冻圈各要素（如冰川、积雪、多年冻土、海冰等）中化学组分（如氢氧稳定同位素、黑碳、汞、持久性有机污染物等）的特征、时空格局、迁移转化归趋、以及对气候与环境变化的响应与反馈机制。冰冻圈化学是实现博古通今、将今论古的重要手段，在此基础上预测未来变化和服务人类发展，具有突出的科学意义和应用前景。
由于受到现有器测资料时间短的限制，对于历史时期气温变化的认识多通过代用指标重建，比如冰芯、树轮、湖泊沉积物等。其中，冰川（冰盖）作为气候环境变化信息的天然档案库，其代用资料高分辨率地记录了远至近百万年的变化历史。工业革命以来，随着科技进步、人类活动的急剧增加，大量污染物排放到环境中，并深刻影响冰冻圈地区的生物地球化学循环过程。
由于冰冻圈地区远离人类活动密集区，人口稀少，工农业排放源较少，因此，可以将人类释放污染物在极地和山地冰川等冰冻圈环境中的变化过程，作为评价人类活动对全球和区域大气环境影响的代用指标。除轨道尺度、太阳活动以及火山喷发等影响因素外，冰冻圈化学成分的释放也是全球变暖和环境变化的助推剂。
特别是全球变暖导致多年冻土退化，使得原本封存的有机碳融化分解，将大量温室气体（甲烷和二氧化碳等）释放到大气中，而大气中增加的温室气体进一步加速全球变暖，形成正反馈效应。